馬氏體不銹鋼表面強(qiáng)化技術(shù)研究

王浩　宗曉明

摘 要：馬氏體表面硬度較低是制約其應(yīng)用的重要因素。該研究將滲碳技術(shù)應(yīng)用于馬氏體不銹鋼，并初步研究了該處理工藝下滲層和基體組織的性能。結(jié)果表明，經(jīng)滲碳處理后馬氏體不銹鋼表面硬度獲得大幅度提高，該處理工藝對基體組織的影響較小，基體硬度有所降低，但仍保持了馬氏體不銹鋼高硬度的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：馬氏體不銹鋼 滲碳 滲層 組織 性能

中圖分類號：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（b）-0094-02

馬氏體不銹鋼以其良好的耐腐蝕特性在航天軸承領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但其硬度較常用的軸承鋼GCr15低，對其耐磨性和使用壽命造成不利影響。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，將不銹鋼在低于500 ℃下進(jìn)行滲氮和滲碳處理時，可得到含氮或含碳的固溶體和擴(kuò)散層，即S相滲層，不僅提高了不銹鋼的表面硬度，而且還提高了不銹鋼的耐腐蝕性。該文對具有代表性的G95Cr18馬氏體不銹鋼低溫滲碳處理的組織和性能進(jìn)行了試驗研究。

1 試樣及試驗方法

1.1 試樣

試驗材料為G95Cr18馬氏體不銹鋼，其化學(xué)成分為C（0.98）、Si（0.4）、Mn（0.5）、S（0.02）、P（0.01）、Cr（17.8）、Fe（其余），試樣尺寸20 mm×10 mm×8 mm。試樣表面經(jīng)過粗磨、精磨、研磨，粗糙度達(dá)到Ra 0.2 mm，直線度達(dá)到0.002 mm，試驗前，對試樣進(jìn)行去油、去污處理，然后用酒精將工件擦拭干凈。

1.2 試驗方法

試驗在自制的保溫式多功能化學(xué)熱處理低溫滲碳爐內(nèi)進(jìn)行，不銹鋼低溫滲碳工藝流程及工藝參數(shù)如圖1所示，活化工藝是為了增加鐵基體表面活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 G95Cr18馬氏體不銹鋼滲碳層微觀形貌

圖2所示為G95Cr18馬氏體不銹鋼經(jīng)低溫滲碳處理后的斷面的微觀形貌圖，由圖2可知，試樣表面產(chǎn)生了明顯的白亮層，且滲層組織致密，經(jīng)苦味酸酒精溶液腐蝕后，可看到明顯滲層，滲層中無孔洞、裂紋等缺陷，經(jīng)測量，表面白亮層的厚度為10～15μm。

2.2 滲層硬度分析

圖3所示為經(jīng)低溫滲碳處理后G95Cr18馬氏體不銹鋼從表面到基體的維氏硬度分布，從圖3可以得知，試樣最表面硬度為1 700HV，距表面5μm處硬度為1 610HV，距表面10 μm處硬度為1 420HV，由此可知，滲層硬度是呈梯度分布的。

2.3 低溫滲碳處理前后基體組織與硬度變化

圖4所示為處理前后基體組織金相圖，圖4（a）為處理前常規(guī)回火（160±10 ℃×3 h）馬氏體組織，圖4（b）為處理后馬氏體組織。由于處理溫度較低，G95Cr18馬氏體不銹鋼基體組織在500倍光學(xué)顯微鏡下觀察未發(fā)生明顯變化。經(jīng)處理后，試樣基體組織硬度由60.3HRC下降到57.1HRC，有小幅下降，其原因在于G95Cr18馬氏體不銹鋼在440 ℃下處理相當(dāng)于高溫回火，馬氏體中碳化物析出增多，晶格畸變減小，因此基體硬度略微下降。

2.4 低溫強(qiáng)化對直線度及表面粗糙度影響

經(jīng)低溫滲碳處理后，試樣直線度略有上升，從0.001 8 mm上升到0.002 5 mm，表面粗糙度由Ra0.18上升到Ra0.30。直線度發(fā)生變化，主要由于在440 ℃下保溫30 h相當(dāng)于高溫回火，基體組織發(fā)生了相變與應(yīng)力釋放；表面粗糙度發(fā)生變化，是由于表面有新相產(chǎn)生，在原表面的基礎(chǔ)上，生成了過飽和的S相。

3 結(jié)論

（1）馬氏體不銹鋼經(jīng)低溫滲碳處理后，其表面硬度得到顯著提高。（2）低溫滲碳強(qiáng)化處理對基體組織影響較小，處理后，組織形態(tài)與硬度未發(fā)生明顯變化。（3）低溫滲碳處理對試樣直線度及表面粗糙度的影響較小，直線度上升了0.7μm，表面粗糙度上升了0.12μm。

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