ｕ＾Ｎ １９９１；（１Ｏ）３、４：２４０、２４ 快速氮化新工艺及组织性能研究 马开琼 八六钮研究生 沈思特教授 指导教师 本文根据化学热力学、动力学、材料的界面科学，内扩散理论以及Ｎ、Ｃ－－种元素共渗 相互促进的机理，设计出新工艺Ｃ—ＴＳ、ＰＳ—Ｐ、ＤＢ．经试验选出合理媳参数，将工艺用于 ３８ＣｒＭｏＡ１．４２ＣｒＭｏ．４９Ｃｒ，３５ＣｒＭ。．５ｏＣｒ，２０ＣｒＭａＴｉ，３０ＣｒＭａＴｉ ２３￣Ｍａ３ＶｉＡｌ （新氮化钢），ＱＴ６０—２，美国钢种ｌ Ｅｌ１８１， Ｅ－５０９等试块随产品一起氮化。工艺试验证 观，Ｃ—ＴＳ，ＰＳ—Ｐ在２ｏｈ内渗层达到ｏ．４５ｍｍ－－￣Ｏ．５５ｍｍ￣，相当于一般工广氰化工艺６Ｏ一 ６５ｈ的水平。ＤＢ工艺在９ｈ内能达到０．３７ｒａｍ，深渗层相当于原工厂卡特工艺３５￣４５ｈ的渗氮效 果。 在工艺试验的基础土，采用硬度计、光学显微镜、扫描电镜、探针、光电子能谱、ｘ射 线衍射等方法对新工艺氮化后Ｊ的渗层组织、硬度分布，化台物层相结构等进行了系统的研 究。研究表明：采用新工艺氮化后的组织白层浅（都小于ｌ０ ）．渗层深０．４５＂￣０．５５ｒａｍ， 表面硬度高，３８ＣｒＭｏＡＩ经ｌ ８ｈｃ￣ＴＳ，２ｏｈＰＳ－－Ｐ．９ｈＤＢ氮化后表面硬度分别为ＨＶ１０１０３５、 １０５０，１０８４。三种工艺氮化后试验的各种材料，表面脆性都是一级，渗层琉松ｌ一２级，脉状 组织ｌ一２级，三种工艺的指标都椅台ＪＢ２８４９￣８０渗氮标准。ｘ射线结构衍射表明：白层由８、 ．ｒ 相组成，由表向里，８减少．Ｙ 相增加。 试验还对ＰＳ－－Ｐ３５艺氮化后的４２ＣｒＭｏ，采用标准 ７．５ｒａｍ光滑试棒作了弯曲疲劳试验， 结果口一１—６３．１ｋｇ／ｍｍ。。而据有关文献报导３８ＣｒＭｏＡＩＡ经离子氮化后． ７．５ｒａｍ光滑试 棒，其弯曲疲劳性能ａ一－￣：６２ｋｇ／ｍｍ。．但必须注意到此数据是台垒元素更多的３８ＣｒＭｏＡｌ Ａ钢，并经离子氮化而得到的。由此看出新工艺显著地提高了疲劳强度．这主要是渗层的高 强度和平缓的硬度分布（硬化面积大）以及表面形成较大的残余压应力所造成的。同时也表 明新工艺使零件具有较大的耐磨性。 新工艺不加任何催渗剂而又取得如此优异的氮化效果．是由设计的合理性戎定的。新工 艺利用了吸氮和扩散的高速期．使吸幔和扩散充分匹配，井利用化学位与温度的关系．因而 新工艺吸氨，扩散充分。得到的渗氮层深、表面硬度高，而且硬度沿层深分布平缓．新工 艺一吸一扩，渗速大．没有足够的时问形成较厚的自层。 第１Ｏ卷第３、４期 马开琼：快速氮化新工艺及组织性能研究 ２４１ 脉状组织主要是铁的氮化物（Ｙ ）．新工艺渗速快 可析出区向中心推移速度 快，Ｙ 没有足够的时间在可析出区内沿原奥氏体晶界析出，因此新：［艺氮化后脉状组织少。疏松主 要是表层Ｂ，Ｙ 相中Ｎ浓度过高，Ｎ原子组成Ｎ 析出而留ｒ空洞而形成的，新工艺白屡线Ｂ 少，基本无琉松。 从上面的分析可知，Ｃ—ＴＳ．ＰＳ－－Ｐ．Ｔ．艺氮化后的零件，表层为极薄的致密的无疏松 层，主要由Ｙ 相组成，其脆性较小，内氮化层沿原奥氏体晶界脉状组织少，由于内氮化层 深，而无脉状组织 因而能显著提高疲劳寿命。采用ｃ—Ｔｓ，ＰＳ－－ＰＴ艺氮化适合于在交 变弯曲条件下工作的零件如齿轮，凸轮分配轴，＿由轴等；经ＤＢ工艺氮化的零件，表面化台层 不十分致密．但表面硬度高，适宜于氮化在大气中磨损条件下工作的螺旋输送机，柱塞之类 的零件。 本文在研究新工艺组织性能的同时．分析了不同材料经相同工艺氮化后的渗层深度，自 层组织及硬度等指标，从而讨论了一些合金元素在快速氮化中的作用。认为Ａｌ在氮化中的 作用最显著，Ａｌ主要是增加ｅ相的厚度．使ｅ含氮量增高。含Ａ１的氮化钢如３８ＣｒＭｏＡ１氮化 居渗层深．硬度高，随着Ａｌ含量的增加、层深减少，硬度增加 Ｔｉ Ｃｒ、Ｍｏ Ｖ等的世 用稍次于Ａ１．所有这些元素，随其含量的增加，渗层深度减小，硬度增加。Ｎｉ、Ｍｎ是奥氏 体稳定元素，Ｎｉ不形成Ｎｉ化合物，Ｍｎ是弱氮化物形成元素，因而Ｍｎ使氮化区间增加。 ・ＣＨ・