深層滲氮硬化技術(shù)與時(shí)效硬化滲氮鋼

滲氮件質(zhì)量與深層滲氮硬化技術(shù),，指出實(shí)現(xiàn)有效控制滲氮質(zhì)量,，確保強(qiáng)韌性滲氮件,。正確選用滲氮基體材料,，才可有效發(fā)揮滲氮強(qiáng)化效果,。開發(fā)時(shí)效硬化滲氮鋼和研制深層滲氮硬化技術(shù)是挖掘滲氮潛力,，提高滲氮件承載能力,，拓寬滲氮應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)重載齒輪和重載耐磨件滲氮工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵,。

控制滲氮件質(zhì)量的三層理念

滲氮技術(shù)的發(fā)展,，針對(duì)滲氮質(zhì)量應(yīng)更新觀念，若孤立地控制滲氮層硬度和層深,，則限制了滲氮技術(shù)的全面發(fā)展,。

為此，我們提出了滲氮質(zhì)量的三層理念,，即化合物層,、擴(kuò)散層和基體。綜合控制化合物層,、擴(kuò)散層和基體,，充分發(fā)揮每一層的有利作用，實(shí)現(xiàn)有效控制滲氮質(zhì)量,，獲得強(qiáng)韌性滲氮件,，向產(chǎn)品發(fā)展。

針對(duì)零件不同的服役條件,，滲氮零件除了正確選用基體材料外,，必須綜合考慮滲氮化合物層、擴(kuò)散層和基體強(qiáng)韌性的合理配置,，滿足滲氮零件對(duì)性能的要求（耐磨性,、抗疲勞性、耐蝕性、強(qiáng)韌性）,，充分發(fā)揮不同滲氮方法（氣體滲氮,、離子滲氮、真空滲氮,、鹽浴滲氮等）自有的優(yōu)勢(shì)，把三層理念充分運(yùn)用到制定滲氮工藝中,，提出了淺層滲氮,、深層滲氮和深層滲氮硬化工藝，無(wú)化合物層,、無(wú)脈狀組織,、韌性化合物層等特種滲氮工藝，以及快速滲氮,、催滲滲氮,、多元共滲和復(fù)合處理等工藝。

三層理念還涉及對(duì)基體強(qiáng)韌性的認(rèn)識(shí),，正確選用滲氮工件材料,，對(duì)充分發(fā)揮滲氮件性能優(yōu)勢(shì)和制定合理滲氮工藝至關(guān)重要。

深層滲氮硬化工藝

滲氮技術(shù)可以在處理工件微變形條件下,，實(shí)現(xiàn)顯著提高工件表面硬度,、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐磨性,，但是相對(duì)滲碳技術(shù)而言,，滲氮層薄，基體硬度低,，俗稱“蛋殼”現(xiàn)象,，嚴(yán)重限制了滲氮技術(shù)和應(yīng)用范圍。

淺層滲氮次表層強(qiáng)化不足,，僅適用于輕載和以耐磨為主的服役條件,。

為了適應(yīng)滲氮技術(shù)在重載耐磨和復(fù)雜應(yīng)力條件下的應(yīng)用，我們研制了深層離子滲氮硬化技術(shù)并開發(fā)了時(shí)效硬化滲氮鋼,。

滲氮零件在重載耐磨和重載復(fù)雜應(yīng)力條件下工作時(shí),，典型零件如重載齒輪的工作條件，承受接觸應(yīng)力和疲勞應(yīng)力,，滲氮層次表層承受大的剪切應(yīng)力,，滲氮層剝落和疲勞破壞往往發(fā)生在次表層，因此充分強(qiáng)化次表層是滲氮零件能否在重載條件下工作和充分發(fā)揮滲氮強(qiáng)化潛力的關(guān)鍵,。

我們研制的深層滲氮硬化技術(shù)包括三個(gè)相關(guān)條件：滲氮層深0.50mm以上,；滲氮表面下0.40mm處硬度大于600HV；滲氮基體硬度大于400~450HV（42~46HRC）。

這項(xiàng)技術(shù)的核心是滲氮次表層顯著強(qiáng)化,，采用時(shí)效硬化滲氮鋼時(shí),，可使?jié)B氮基體硬度提高到400~450HV以上。

時(shí)效硬化滲氮鋼

研制成功兩種時(shí)效硬化鋼,，進(jìn)行了深層滲氮硬化試驗(yàn),。

開發(fā)的時(shí)效硬化鋼20CrNi3Mn2Al和20Cr3MnMoV，目的在于實(shí)現(xiàn)滲氮件的深層滲氮硬化,，挖掘滲氮的潛力,，提高滲氮件的承載能力，拓寬滲氮的應(yīng)用范圍,，實(shí)現(xiàn)重載齒輪和重載耐磨件滲氮的工業(yè)應(yīng)用,。

這種時(shí)效硬化鋼的時(shí)效硬化峰值溫度為520~560℃，適合于將滲氮和時(shí)效兩個(gè)工序合并,，實(shí)現(xiàn)滲氮硬化和時(shí)效硬化同時(shí)完成,。但是，滲氮硬化的擴(kuò)散過(guò)程和時(shí)效硬化的沉淀硬化過(guò)程,，兩者時(shí)效因子不同,，相互產(chǎn)生影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn),，開發(fā)了一種變溫離子滲氮工藝,，優(yōu)先實(shí)現(xiàn)滲氮的深層擴(kuò)散硬化，同時(shí)兼顧基體時(shí)效硬化,，實(shí)現(xiàn)了深層滲氮硬化的目的,。

時(shí)效硬化鋼采用變溫離子滲氮工藝，實(shí)現(xiàn)了深層滲氮時(shí)效硬化,、深層擴(kuò)散和基體強(qiáng)化,。20CrNi3Mn2Al鋼和20Cr3MnMoV鋼空冷固溶處理后，硬度分別為33~36HRC,、40~44HRC,；經(jīng)過(guò)520~540℃×50h深層離子滲氮處理后滲氮表面硬度大于1000HV1，滲氮層深分別為0.75mm,、0.60mm,；滲氮表面下0.4mm處硬度分別達(dá)到652HV0.1、748HV0.1,，滲氮基體硬度分別為431HV0.1（44.5HRC）,、488HV0.1（48.5HRC）。

上述時(shí)效硬化鋼可分別用于制造高性能滲氮齒輪和重載耐磨件（包括模具）,，開辟了提高滲氮件性能和擴(kuò)大滲氮工藝應(yīng)用的新途徑,。新鋼種工藝和應(yīng)用研究還有許多工作待完成,，新鋼種成本還較高，需要深入開發(fā)適合不同應(yīng)用場(chǎng)合的系列滲氮鋼和新時(shí)效硬化鋼,。

深層滲氮硬化技術(shù)與時(shí)效硬化滲氮鋼

結(jié)語(yǔ)

開發(fā)時(shí)效硬化滲氮鋼是研制深層滲氮硬化技術(shù)的基礎(chǔ),。實(shí)現(xiàn)深層滲氮硬化是挖掘滲氮潛力，提高滲氮件承載能力,，拓寬滲氮應(yīng)用范圍,，實(shí)現(xiàn)重載齒輪和重載耐磨件滲氮工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。