不同基体硬度对氮化层硬度的影响

2013-08-12李学强张少鹏

河南科技 2013年10期

李学强张少鹏

(韶关市第二技师学院，广东韶关 512031)

1 引言

韶关市第二技师学院的热处理中心在对外企业加工过程中，常用的离子渗氮材料有40Cr、45、38CrMoA1 等，零件经离子渗氮处理后，可显著提高表面硬度、耐磨性及疲劳强度等。在浅层氮化生产中，40Cr、45 常出现硬度不足的问题，为了解决生产过程中出现的问题，本文通过对常用渗氮材料调质后不同基体硬度进行渗氮处理，研究不同基体硬度对氮化硬度的影响。

2 实验

2.1 实验材料及设备

(1)实验材料:40Cr，38CrMoAl，45，试样尺寸:Φ25 ×30mm，精磨后表面粗糙度Ra3.2，各取30 个。

(2)试样的加工。试样按照与渗氮零件相同的方式进行以下工序加工:下料一粗车一调质一精车一精磨。通过调节回火温度以得到不同的基体硬度。

具体调质工艺及调质后的基体硬度见表1，表2。

表1 淬火工艺

表2 回火工艺

(3)试验设备:LDMC 一30F 钟罩式离子渗氮炉，工作室尺寸600X800 mm，数显HV－50 维氏硬度计。

2.2 实验方案

离子渗氮渗速快，组织和结构易于控制，温度可在480～570℃范围内选择，渗氮后表面硬度比气体渗氮高，硬度梯度也比较平缓［1，2］。离子渗氮工件变形量很小，可以达到零变形。离子渗氮的表面硬度在一定渗氮温度范围内存在最大值［3］，渗氮温度越高，表面硬度越低，但渗氮速度越快。45 钢在480～530℃温度范围内渗氮，可以获得HV5600 的表面硬度，40Cr 在480～530℃温度范围内渗氮，可以获得HV5600 的表面硬度，38CrMoAl 在在500－550℃温度范围内渗氮，可以获得HV51000 的表面硬度。

离子氮化短时间保温，也可以获得较高的表面硬度［4］。渗氮时间延长，渗层加深，表面硬度提高，硬度梯度也趋于平缓。结合院热处理中心加工的生产实际，制定以下工艺:

(1)浅层氮化:温度:520℃;保温时间:20 小时。

(2)深层氮化:温度:520℃;保温时间:40 小时。

2.3 实验结论及讨论

(1)基体硬度对渗氮层表面硬度的影响见表3。

从表3 上可以看出:随着40Cr、45、38CrMoALA 钢调质后基体硬度的提高，渗氮硬度提高，其中，对于浅层氮化，调质后的基体硬度对渗氮硬度影响显著;而对于深层氮化，调质后的基体硬度对渗氮硬度影响较小。

(2)比较金相图谱图1 和图2 可以得出:随着回火温度的提高，一方面会减少合金氮化物的形成数量，从而导致渗氮硬度的下降，另一方面材料基体中合金碳化物逐渐聚集长大，减小了碳化物的弥散度，从而降低了渗氮时对氮渗入的阻力，渗氮速度加快，渗氮层深度加深。

(3)比较金相图谱图1 和图3 可以得出:渗氮时间延长，渗层加深，氮化物的弥散度也越高，表面硬度提高，硬度梯度也趋于平缓。