马氏体不锈钢表面强化技术研究

王浩　宗晓明

摘 要：马氏体表面硬度较低是制约其应用的重要因素。该研究将渗碳技术应用于马氏体不锈钢，并初步研究了该处理工艺下渗层和基体组织的性能。结果表明，经渗碳处理后马氏体不锈钢表面硬度获得大幅度提高，该处理工艺对基体组织的影响较小，基体硬度有所降低，但仍保持了马氏体不锈钢高硬度的特点。

关键词：马氏体不锈钢 渗碳 渗层 组织 性能

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（b）-0094-02

马氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀特性在航天轴承领域应用广泛，但其硬度較常用的轴承钢GCr15低，对其耐磨性和使用寿命造成不利影响。近年来的研究发现，将不锈钢在低于500 ℃下进行渗氮和渗碳处理时，可得到含氮或含碳的固溶体和扩散层，即S相渗层，不仅提高了不锈钢的表面硬度，而且还提高了不锈钢的耐腐蚀性。该文对具有代表性的G95Cr18马氏体不锈钢低温渗碳处理的组织和性能进行了试验研究。

1 试样及试验方法

1.1 试样

试验材料为G95Cr18马氏体不锈钢，其化学成分为C（0.98）、Si（0.4）、Mn（0.5）、S（0.02）、P（0.01）、Cr（17.8）、Fe（其余），试样尺寸20 mm×10 mm×8 mm。试样表面经过粗磨、精磨、研磨，粗糙度达到Ra 0.2 mm，直线度达到0.002 mm，试验前，对试样进行去油、去污处理，然后用酒精将工件擦拭干净。

1.2 试验方法

试验在自制的保温式多功能化学热处理低温渗碳炉内进行，不锈钢低温渗碳工艺流程及工艺参数如图1所示，活化工艺是为了增加铁基体表面活性。

2 结果与分析

2.1 G95Cr18马氏体不锈钢渗碳层微观形貌

图2所示为G95Cr18马氏体不锈钢经低温渗碳处理后的断面的微观形貌图，由图2可知，试样表面产生了明显的白亮层，且渗层组织致密，经苦味酸酒精溶液腐蚀后，可看到明显渗层，渗层中无孔洞、裂纹等缺陷，经测量，表面白亮层的厚度为10～15μm。

2.2 渗层硬度分析

图3所示为经低温渗碳处理后G95Cr18马氏体不锈钢从表面到基体的维氏硬度分布，从图3可以得知，试样最表面硬度为1 700HV，距表面5μm处硬度为1 610HV，距表面10 μm处硬度为1 420HV，由此可知，渗层硬度是呈梯度分布的。

2.3 低温渗碳处理前后基体组织与硬度变化

图4所示为处理前后基体组织金相图，图4（a）为处理前常规回火（160±10 ℃×3 h）马氏体组织，图4（b）为处理后马氏体组织。由于处理温度较低，G95Cr18马氏体不锈钢基体组织在500倍光学显微镜下观察未发生明显变化。经处理后，试样基体组织硬度由60.3HRC下降到57.1HRC，有小幅下降，其原因在于G95Cr18马氏体不锈钢在440 ℃下处理相当于高温回火，马氏体中碳化物析出增多，晶格畸变减小，因此基体硬度略微下降。

2.4 低温强化对直线度及表面粗糙度影响

经低温渗碳处理后，试样直线度略有上升，从0.001 8 mm上升到0.002 5 mm，表面粗糙度由Ra0.18上升到Ra0.30。直线度发生变化，主要由于在440 ℃下保温30 h相当于高温回火，基体组织发生了相变与应力释放；表面粗糙度发生变化，是由于表面有新相产生，在原表面的基础上，生成了过饱和的S相。

3 结论

（1）马氏体不锈钢经低温渗碳处理后，其表面硬度得到显著提高。（2）低温渗碳强化处理对基体组织影响较小，处理后，组织形态与硬度未发生明显变化。（3）低温渗碳处理对试样直线度及表面粗糙度的影响较小，直线度上升了0.7μm，表面粗糙度上升了0.12μm。

参考文献

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