35CrMo鋼進(jìn)行不同階段滲氮研究

張文昊

（遼源方大鍛造有限公司，吉林遼源 136600）

35CrMo鋼進(jìn)行不同階段滲氮研究

張文昊

（遼源方大鍛造有限公司，吉林遼源 136600）

本文選用石油化工、機(jī)械等常用的35CrMo鋼進(jìn)行不同階段滲氮研究，采用固體滲氮方法對35CrMo鋼進(jìn)行多階段滲氮。多階段滲氮主要分為一、二、三階段滲氮，主要滲氮劑為尿素，催滲劑為NH4Cl，將工件放入金屬罐中密封，然后放入加熱爐進(jìn)行加熱保溫來實(shí)現(xiàn)滲氮。采用金相顯微鏡對滲氮層的顯微組織和耐蝕性能進(jìn)行試驗(yàn)。

固體滲氮 35CrMo鋼 多階段滲氮

1 引言

35CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼，有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下的35CrMo有高蠕變強(qiáng)度與持久強(qiáng)度，長期工作溫度可達(dá)500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。一般在調(diào)質(zhì)處理后使用，也可在高中頻表面淬火或淬火及低中溫回火后使用。

表1 四樣混合及體積百分比

圖1 不同工藝條件的滲氮層組織 倍數(shù)為500

圖2 三階段滲氮后XRD圖

目前，最常用的滲氮方法是氣體滲氮，但是滲氮時間長，滲層淺，一直是困擾滲氮發(fā)展的難題。因此，文中基于壓力助滲原理，嘗試?yán)靡环N新的自行設(shè)計(jì)的滲氮方法——罐裝法進(jìn)行滲氮。即采用尿素做滲氮劑將工件和尿素放入金屬罐中密封，然后放入加熱爐進(jìn)行加熱保溫來實(shí)現(xiàn)滲氮。該法設(shè)備簡單，成本低，并且密封罐內(nèi)形成的氣體壓力有助于快速。但是，在幾個小時的滲氮時間內(nèi)，該滲氮法仍然存在制備出的滲氮層厚度較薄的問題。

2 滲氮前調(diào)質(zhì)處理

材料尺寸φ15mm×3mm，進(jìn)行850℃淬火，并且保溫30分鐘，然后水淬，在550℃下進(jìn)行高溫回火處理，保溫40分鐘，冷卻介質(zhì)為水。

3 一、二、三階段滲氮工藝

滲氮前將樣品表面用細(xì)砂紙打磨光滑，然后用丙酮擦洗除油。滲氮劑選用尿素，催滲劑為NH4Cl。擦拭后盡量不要用手接觸，將樣品、尿素、氯化銨、碳酸鈉等放入鋼罐中密封，依次放入20mm尿素、10mm粘土、四樣混合30mm、10mm粘土、15mm尿素、封罐部分（如表1），其中四樣混合，將樣品放入15mm的尿素層中，然后設(shè)置工藝溫度為520℃，保溫時間為6h。二階段滲氮設(shè)置工藝溫度為520℃，保溫時間為4h；升溫到600℃，保溫時間為2h。三階段滲氮設(shè)置工藝溫度為520℃，保溫時間為3h；升溫600℃溫度，保溫時間為2h；降到520℃溫度，保溫時間為1h。

4 滲氮設(shè)備及材料

滲氮所需材料有固體粉末狀NH4Cl、固體粉末狀無水Na2CO3、丙酮、沙子、石英砂、粘土，利用電子天平分別進(jìn)行測量，將量好的材料按制定好的工藝順序依次放入滲氮罐中，將工件用丙酮清洗好放入罐中，然后將封好的滲氮罐放入坩堝爐中，設(shè)定好工藝溫度開始進(jìn)行滲氮。滲氮爐主要是自制坩堝爐。滲氮罐主要用的是鋼制滲氮罐。

5 滲氮處理后組織分析

從圖1中可以看出三階段工藝最外層白亮層硬度度明顯大于一階段、二階段。由于階段滲氮的時間是相同的，但不同工藝的最表層硬度不同，二、三階段的硬度大體相近，三階段的最高，并且耐蝕性能也比較好。圖3中表面有部分壞的區(qū)域，可能是因?yàn)楦g過程中處理不當(dāng)?shù)脑颉B氮層由表及里依次白亮層、擴(kuò)散層、基體，滲氮層的深度隨滲氮溫度的提高而增加。

6 耐蝕性能分析

根據(jù)圖2滲氮后XRD圖可以看出滲氮后產(chǎn)生了Fe3N、FeCr、Fe4N新相。產(chǎn)生的FeCr相的抗氧化性能好。在氮化過程中，當(dāng)?shù)瘻囟仍?00～590℃區(qū)域進(jìn)行時，氮原子的擴(kuò)散由表及里依次經(jīng)過ε、γˊ和α各相區(qū)。滲氮后產(chǎn)生了FeCr相，而此相的性能較好，提高了試樣的耐腐蝕性能，硬度也得到了一定的提高。

7 結(jié)語

在利用罐裝法對35CrMo鋼進(jìn)行三個階段滲氮，對35CrMo鋼進(jìn)行氮化處理可得到0.3～0.4mm氮化層深（包括白亮層和擴(kuò)散層）。對35CrMo鋼試樣或零件氮化層檢查結(jié)果表明，氮化層主要由α-Fe相和Fe3N相組成，本文研究的條件下，三階段滲氮工藝耐蝕性能最好。