38Cr Mo Al鋼經(jīng)不同工藝熱處理后的性能研究

段彩紅

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院,四川省冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站,四川成都610041)

38Cr Mo Al鋼經(jīng)不同工藝熱處理后的性能研究

段彩紅

(四川省工業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)研究院,四川省冶金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站,四川成都610041)

采用38Cr Mo Al鋼,對(duì)其進(jìn)行了單一氮碳共滲處理和氮碳共滲加淬火復(fù)合處理,通過(guò)對(duì)比分析的方法,研究了兩種不同熱處理工藝后的金相組織、拉伸性能、摩擦磨損、硬度和沖擊性能。研究結(jié)果表明:單一氮碳共滲處理后的金相組織為三層:化合物層+過(guò)渡區(qū)+基體。氮碳共滲+淬火復(fù)合處理后的金相組織為兩層:含氮馬氏體+板條馬氏體;與單一氮碳共滲處理相比,氮碳共滲加淬火復(fù)合處理后零件的抗拉強(qiáng)度、耐磨性、整體硬度都得到不同程度的提高;經(jīng)復(fù)合處理的試樣,硬化層深度大于單一氮碳共滲處理的試樣,且其硬度梯度過(guò)渡比單一氮碳共滲處理的平緩;兩種不同工藝處理的試樣其沖擊吸收功沒(méi)有明顯差別。

熱處理;氮碳共滲加淬火;性能

1 引言

氮碳共滲熱處理已經(jīng)在生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用,然而由于氮碳共滲滲層較薄,有效硬化層深度淺,不宜在重載條件下工作,其應(yīng)用范圍受到一定的限制,與其相結(jié)合的復(fù)合處理是推動(dòng)氮碳共滲工藝不斷發(fā)展的有效途徑。以38Cr Mo Al鋼為例,研究了單一氮碳共滲和氮碳共滲加淬火復(fù)合處理兩種工藝處理后的金相組織、拉伸性能、摩擦磨損、硬度和沖擊性能。以期對(duì)實(shí)際應(yīng)用中不同工作條件下的工件,根據(jù)所需性能找到相應(yīng)的工藝方案,使其能夠更好地指導(dǎo)生產(chǎn)。

2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

試驗(yàn)材料為38Cr Mo Al鋼原始調(diào)質(zhì)態(tài)。在研究時(shí),對(duì)試樣進(jìn)行了單一氮碳共滲處理和氮碳共滲+淬火復(fù)合處理,處理工藝見(jiàn)表1。

采用金相顯微鏡觀察顯微組織,并測(cè)量表面層的厚度;用WJ-10A型機(jī)械式萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)測(cè)定拉伸性能;用M-2000型磨損試驗(yàn)機(jī)測(cè)定200N載荷下的摩擦磨損性能;用FM -100微小硬度計(jì)測(cè)定顯微維氏硬度;用JB -30B型沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定-20℃時(shí)的沖擊吸收功。

表1 熱處理工藝

3 結(jié)果和討論

3.1 金相分析及結(jié)果

由圖1和2可以看到復(fù)合處理處理后得到兩層組織:含氮馬氏體+板條馬氏體;表層的黑色條帶組織為細(xì)小的含氮馬氏體,厚度δ=0.20mm～0.25mm;心部組織為不含氮的板條馬氏體+未溶鐵素體。單一處理處理后得到三層組織:白亮層+過(guò)渡區(qū)+回火索氏體,白亮層厚度δ=8μm～10μm;沿白亮層內(nèi)側(cè),有脈狀組織形成;過(guò)渡區(qū)為黑色塊狀和白色塊狀組織,厚度δ=0.08mm～0.12mm;基體為原始回火索氏體組織。

圖1 復(fù)合處理

圖2 單一處理

在氮碳共滲過(guò)程中,氮碳原子首先溶入α-Fe中,形成α相,當(dāng)?shù)獫舛冗_(dá)到α-Fe的飽和濃度后,便與氮化物形成元素Cr、Al、Mo發(fā)生作用,形成Al N、Mo N、Cr N等含碳氮化物,最后形成鐵的氮化物;繼續(xù)氮碳共滲,α相轉(zhuǎn)變?yōu)棣谩?再繼續(xù)氮碳共滲,γ’相轉(zhuǎn)變?yōu)棣畔?。由于表面的氮濃度?因此形成的是ε相,其抗蝕性很好,在金相顯微鏡下為一個(gè)白亮層;過(guò)渡區(qū)的氮濃度較低,形成固溶體;由于氮碳共滲之后采用水冷,因此可以判定白色塊狀組織為含氮馬氏體;心部組織為原始的回火索氏體組織。氮碳共滲+淬火復(fù)合處理后得到兩層組織,與單一氮碳共滲工藝相比,白亮層消失,出現(xiàn)黑色條帶區(qū)域,其寬度遠(yuǎn)大于白亮層。這是因?yàn)樵诘脊矟B后重新加熱的過(guò)程中,共滲層中的氮碳化合物發(fā)生分解,表面層氮原子損失掉一部分,一部分氮原子向內(nèi)擴(kuò)散溶入奧氏體晶格內(nèi),在隨后冷卻時(shí)形成了細(xì)小的含氮馬氏體,它比單純淬火后不含氮的馬氏體要細(xì)得多。

3.2 拉伸性能結(jié)果與分析

從拉伸試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表2)可見(jiàn), 38Cr Mo Al材料單一氮碳共滲處理后呈現(xiàn)明顯的塑性,經(jīng)氮碳共滲+淬火復(fù)合處理后呈現(xiàn)明顯的脆性;復(fù)合處理后抗拉強(qiáng)度比單一氮碳共滲處理提高很多,但延伸率降低很多。

表2 拉伸試驗(yàn)結(jié)果

3.3 摩擦磨損性能結(jié)果與分析

摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3和圖3,結(jié)果顯示,經(jīng)復(fù)合處理的試樣耐磨性比單一氮碳共滲的好。

表3 摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果

圖3 復(fù)合處理、單一處理摩擦磨損曲線

3.4 硬度檢測(cè)結(jié)果與分析

由圖4可見(jiàn),試樣經(jīng)復(fù)合處理處理后,最高硬度可達(dá)786Hv0.3,最高硬度出現(xiàn)在距表面0.06mm左右的位置;表面硬度達(dá)734 Hv0.3;從表面往里硬度不斷提高,到達(dá)最高值之后逐漸開(kāi)始降低,最后硬度值基本保持穩(wěn)定;心部硬度為550Hv0.3左右;硬化層深度約為0.25mm。由圖5可見(jiàn),經(jīng)單一處理處理的試樣,最高硬度可達(dá)940Hv0.3,位于試樣表面;從表面往里,在距表面小于0.02mm處,硬度值開(kāi)始迅速降低,在距表面0.3mm處,硬度降到220Hv0.3左右,隨后硬度值基本保持不變;硬化層深度約為0.20mm。

對(duì)比硬度檢驗(yàn)結(jié)果,單一氮碳共滲工藝處理的試樣表面硬度最高,而復(fù)合處理過(guò)的試樣硬度最高值位于次表層,出現(xiàn)硬度值“低頭”現(xiàn)象;復(fù)合處理過(guò)的試樣,硬化層深度大于單一氮碳共滲處理的試樣;復(fù)合處理試樣硬度最高值低于單一氮碳共滲處理的試樣,而心部硬度遠(yuǎn)高于單一氮碳共滲工藝處理的試樣;復(fù)合處理試樣硬度梯度過(guò)渡比單一氮碳共滲的平緩。

復(fù)合處理后硬度值出現(xiàn)“低頭”現(xiàn)象的原因分析:在加熱淬火過(guò)程中,化合物層分解,表面層氮原子損失掉一部分,一部分氮原子向內(nèi)擴(kuò)散,導(dǎo)致表面的氮濃度降低,含氮量的峰值向內(nèi)層移動(dòng),因而表面硬度略低于次表層硬度,出現(xiàn)硬度值“低頭”現(xiàn)象。?

圖4 復(fù)合處理 顯微硬度曲線

圖5 單一處理 顯微硬度曲線

3.5 沖擊試驗(yàn)結(jié)果與分析

沖擊試驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表4)顯示,不同工藝處理的試樣其沖擊吸收功沒(méi)有明顯差別。

表4 沖擊試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)論

對(duì)38Cr Mo Al鋼進(jìn)行了單一氮碳共滲處理和氮碳共滲加淬火復(fù)合處理,通過(guò)對(duì)比分析的方法,研究了兩種不同熱處理工藝后的金相組織、拉伸性能、摩擦磨損、硬度和沖擊性能,得出以下結(jié)論:

(1)單一氮碳共滲處理后的金相組織為三層:化合物層+過(guò)渡區(qū)+基體。氮碳共滲+淬火復(fù)合處理后的金相組織為兩層:含氮馬氏體+板條馬氏體。

(2)38Cr Mo Al材料單一氮碳共滲處理后呈現(xiàn)明顯的塑性,經(jīng)氮碳共滲+淬火復(fù)合處理后呈現(xiàn)明顯的脆性;復(fù)合處理后抗拉強(qiáng)度比單一氮碳共滲處理提高很多,延伸率下降很多。

(3)復(fù)合處理的試樣耐磨性比單一氮碳共滲處理的好。

(4)復(fù)合處理的試樣,硬化層深度大于單一氮碳共滲處理的試樣;復(fù)合處理試樣硬度梯度過(guò)渡比單一氮碳共滲的平緩。

(5)兩種不同工藝處理的試樣其沖擊吸收功沒(méi)有明顯差別。

[1] 羅德福,李惠友.QPQ技術(shù)的現(xiàn)狀和展望[J].金屬熱處理,2004,29(1):39-43.

[2] 王吉會(huì),房大然,張琨.38Cr Mo Al A、40Cr鋼經(jīng)不同滲氮工藝處理后的性能研究[J].金屬熱處理,2003,28(7):20-23.

Properties of 38Cr MoAl Steel after Different Heat Treatment Processes

DUAN Cai-hong
(Sichuan Province Academy of Industrial Environmental Monitoring,Sichuan ProvinceInstitute of Metallurgical Product Quality Supervision and Inspection,Chengdu 610041,Sichuan,China)

Properties of 38Cr Mo Al steel treated by two different processes of nitrocarburizing and nitrocarburizing-quenching are studied in a compared way in this paper.Metallographic structure,tensile property,wear,hardness and impct energy of the samples are examined.The results show that the microstructure of single nitrocarburizing treatment reveals three layers: compound layer+diffusion layer+base.While the microstructure of the composite treatment reveals two layers:nitrogen contained martensite+lath martensite.The tensile strength,wear resistance and bulk hardness of nitrocarburizing-quenching composite process increased in different degree as compared with the single nitrocarburizing process.The nitrocarburizingquenching process is better than the single nitrocarburizing process for improving the hardening depth.There were no significant differences of impct energy between the two different processes. Key words:Heat treatment;nitrocarburizing-quenching;properties

TG156.82

:A

1001-5108(2015)05-0050-04

段彩紅,工程師,主要從事冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)方面的工作。