1Cr17與1Cr17Ni2兩型不銹鋼低壓真空滲碳工藝研究?

董 琛 李炳坤 鄭 剛

（1.侯馬市一號信箱38分箱 侯馬 043003）（2.山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司 侯馬 043003）

1 引言

不銹鋼作為一種耐腐蝕性材料，在水中行業(yè)得到大量應(yīng)用，如果強(qiáng)度及耐磨性不符合產(chǎn)品要求，將影響其在水中兵器發(fā)動機(jī)關(guān)鍵部位上的使用［1］。對不銹鋼材料進(jìn)行滲碳處理，可大幅度提高其強(qiáng)度及耐磨性等性能［2～4］。不銹鋼滲碳與低合金碳鋼滲碳不同，一方面，不銹鋼表面有一層鈍化膜，如果鈍化膜不去除或去除不完全，容易出現(xiàn)無法滲碳或者滲層不均勻的現(xiàn)象［5～6］；另一方面，不銹鋼的滲碳溫度比低碳鋼及低合金鋼的滲碳溫度高，一般低碳鋼和低合金鋼的滲碳溫度為880℃～930℃，不銹鋼的滲碳溫度達(dá)到980℃～1080℃，而傳統(tǒng)的滲碳爐的最高使用溫度只有950℃，無法滿足不銹鋼滲碳的要求［7～8］。真空滲碳既可以用真空方法去除不銹鋼鈍化膜，又可適應(yīng)更高溫度滲碳的要求，還可避免滲碳過程中產(chǎn)生的內(nèi)氧化等缺陷，具有工件表面光亮、生產(chǎn)效率高、成本低、可進(jìn)行盲孔或小孔滲碳等有優(yōu)點(diǎn)［9～12］。因此，采用真空滲碳是不銹鋼滲碳的最佳方案。1Cr17不銹鋼是鐵素體型不銹鋼，1Cr17Ni2不銹鋼是馬氏體型不銹鋼，用這兩型不銹鋼制作的零件，為了適應(yīng)在較高溫度下使用并具有良好的耐磨性，提出了不銹鋼滲碳的要求。本研究采用德國進(jìn)口的易普森低壓真空滲碳爐對這兩型不銹鋼進(jìn)行真空滲碳，探討了不銹鋼由于鈍化膜而不易滲碳和滲碳溫度過高的問題。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 材料和設(shè)備

試驗(yàn)用1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣各兩件，試樣規(guī)格8×8×50mm，主要化學(xué)成分見表1，符合材料標(biāo)準(zhǔn)要求。1Cr17不銹鋼試樣為退火狀態(tài)，1Cr17Ni2不銹鋼試樣為調(diào)質(zhì)狀態(tài)，硬度為HRC28-32。試驗(yàn)設(shè)備為德國易普森VUTK-224單室低壓真空滲碳爐，加熱室的極限真空度為1×10-1Pa。

采用MH-6型顯微硬度計（載荷1kg）測量滲層硬度梯度，采用NZOPOT30金相顯微鏡測量滲層深度及觀察顯微組織，洛氏硬度計測量心部硬度。

表1 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼的化學(xué)成分

2.2 真空滲碳工藝

真空滲碳工藝采用低壓滲碳-真空擴(kuò)散的脈沖方式進(jìn)行，滲碳劑為乙炔氣體。工藝曲線見圖1。滲碳溫度為1070℃，在低壓滲碳階段通入乙炔氣體。在700Pa～800Pa壓力下真空爐中的試樣表面形成較高碳勢，保持一段時間之后，將加熱室抽至高真空度，進(jìn)入碳原子試樣內(nèi)部的擴(kuò)散階段，完成一次脈沖過程。如此循環(huán)，并且逐漸延長每個脈沖過程真空擴(kuò)散階段的時間，至最終完成滲碳。

圖1 低壓滲碳-真空擴(kuò)散工藝曲線

2.3 實(shí)驗(yàn)方案

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼兩個試樣一同放入真空滲碳爐滲碳，1070℃滲碳，時間為8小時，保溫結(jié)束后隨爐冷卻至850℃，此時用氮?dú)饫鋮s，氣體壓力為1bar。滲碳后在普通箱式爐300℃回火1小時。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 兩型不銹鋼真空滲碳后的硬度

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼真空滲碳后的表面硬度和心部硬度測試結(jié)果見表2。

從表2可以看出，1Cr17鐵素體不銹鋼試樣滲碳淬火后表層硬度為HRC52-53，心部硬度為HRC16-17；1Cr17Ni2馬氏體不銹鋼試樣滲碳淬火后表層硬度為HRC62-63，心部硬度為HRC51-52。

表2 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣真空滲碳淬火回火后表面硬度和心部硬度

3.2 滲層深度

采用金相法對試樣滲層深度進(jìn)行測量，結(jié)果見圖2。

采用金相法按照過共析區(qū)+共析區(qū)+1/2過渡區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)測量，1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼材料試樣滲碳后滲層分別為0.58mm、1.0mm。

圖2 滲層深度采用金相法測試結(jié)果×100

3.3 顯微組織

圖3為1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層及心部顯微組織。

1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲層的晶粒均較大，1Cr17Ni2不銹鋼試樣較1Cr17不銹鋼試樣晶粒大；金相組織均為馬氏體+細(xì)網(wǎng)狀連續(xù)分布的碳化物組織，按照HB5022-77碳化物組織評定，碳化物級別據(jù)達(dá)到8級。從這型不銹鋼材料的滲層金相組織分析，試驗(yàn)采用的滲碳溫度過高，滲層的晶粒度大、碳化物級別偏高。

從這兩型不銹鋼材料的心部金相組織分析，1Cr17不銹鋼試樣的心部組織為鐵素體組織（軟相），1Cr17Ni2不銹鋼試樣的心部組織為較粗大的回火馬氏體組織（硬相）。這兩型不銹鋼材料的心部金相組織特性與表2檢測的硬度值基本相符。

圖3 滲碳淬火、回火后滲層及心部的顯微組織×400

3.4 滲碳層的硬度梯度

圖4為1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層的顯微硬度梯度。1Cr17不銹鋼試樣碳層顯微硬度梯度陡降，1Cr17Ni2不銹鋼試樣碳層顯微硬度梯度緩和。

圖4 1Cr17、1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣滲碳淬火、回火后滲碳層顯微硬度梯度

4 結(jié)語

1）采用低壓真空滲碳-真空擴(kuò)散的脈沖滲碳工藝對1Cr17，1Cr17Ni2兩型不銹鋼試樣進(jìn)行了滲碳淬火試驗(yàn)，滲碳后均得到了相應(yīng)的滲層深度。

2）滲碳淬火后1Cr17不銹鋼試樣表面硬度為HRC51-52，顯微硬度梯度陡降；1Cr17Ni2不銹鋼試樣表面硬度為HRC61-62，顯微硬度梯度緩和。