离子氮碳共渗工艺开发与应用.pdf

第3期(总第142期
机械T.程与自动化
No. 3
2007年6月
M ECHAN IAL EN GNEER NG &AU TOMATIN
Jun
文章编号:1672-6413(2007)03-0085-03
离子氮碳共渗工艺开发与应用
高萍,马靳河,侯利锋,卫英慧
(人原理工大学材料科学与工程学院,山西人原030024)
摘要:根据实际生的需求,选取不同比例的渗氮氛与渗碳氛对350Mo侧进行了离子氮碳共渗表面化学
热处理,对渗层的厚度、使度、元素成分分布等进行了分析。实验研究结果表明,、渗氮气氛与渗碳气氛的比值
为6:I~10:1较为合适。经处理后的に车牵引连接销表闻使度HVo能达到665,渗层深度为0.1amm,满足
图样技术要求。此.艺可泛应用于高速客运机车高精度、高性能要求的牵引配件。
关键词.离子级碳共渗;35cMo钢热处理
中图分类号:TG156.8
文献标识码:A
0引言
的含氮气体氨气和内酮,借助于高压直流电场的作用
铁路大提速后,对机、货车走行部零部件的性能使气体原子成为带电氮离子、碳离子,以极高的速度
提出了更高的要求,特别是作为牵引用的詔山型电力撞击到工件表面。通过能量的转换使工件加热到所需
机车,出丁其承载的特殊性,其关键零配件的精度、耐要的温度,同时,轰l件表而述产生阴极溅射效应,
暦等性能更是受到厂广泛的重视。氮碳共渗是提高配件并不断清除工件表面的钝化膜,使工件表面始终保持
时磨性能的一种重要方法
峾性,易于吸附氮原子、碳原」2
在承受载荷摩擦的服役条件ド,工件要具有较长1.2试验材料
的使用寿命一般采用调质和渗氮处理。采用气体渗氮
试验材料选35CMo钢,主要化学成分C的质量
处理的时问较长;采用离子渗氮,处理的时问将大大分数为0.38%,Cr的质量分数为0.92%6,Mo的质量
城少,并能提高生产效率和T件的使用寿命。但是対分数为0.21%
丁要求表阿硬度HVo>560的:件,若仍采用离子渗1.3试验方法
氮处理工艺,则人批量的生过程中,有可能达不
渗氮气氛为氨气,渗介质为丙,选取不同比
到这一要求。
例进行试验,试验气氛比值见表1,调质处理工艺采用
最新研究结果表明"!若在离子渗氮处理时,加入淬火(温度860C)2h,然后回火(温度580C)2h。其操
定量的渗碳气氛,不仅能使工件表面的硬度提高,而作工艺为:①将试样放入试验装置山,抽真空至50Pa
且也将使渗层深度加深,这忭可能会更进一步延长开始出现打弧、升温,此时的电流值要调小,则打
件的使用寿命。本文选用中碳合金钢35cMo,运用离弧会破坏试样的表面光洁度:(②调节试验装置的电压
子氮碳共渗ど进行试验,并研究了不同比例的渗氮、为50V~100v,然后渐渐增加电乐,温度要升到
渗碳气氛条件ド,渗层的厚度、使度以及渗层的元素550C~600C;③继续给试验装置扣真空至30pPa,直
分布
至出现打弧滅少、有均匀辉光,此时要求电流为0.5A,
1试验条件与方法
电压为55V,随后继续加大电流、电斥,自动升温.
1.1试验装置
当温度升到550C~600C时,电流、电压和真卒分另
将被处埋的件置丁辉光放电装置的真空容器控制在3.5A、800V和500Pa600PaI时,开始计算付
中,以に件作阴极,容器壁作阳极,容器内充以稀薄『间,处理时间为7he
国家自然科学基金资助项日(50471070);山西省自然科学基金资助项日(20051050)
收稿凵期2006-10-10,修回凵期2007-03-22
作者简介高(1968-),女,湖南宁乡人,硕研究4
C1994-2009ChinaAcademicjournalelectronicPublishingHouseAllrightsreservedhttp://www.cnki.ne
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机械:程与自动化
2007年第3期
使度检测是在试样的横截面上进行,从最表面丌
图1为材料表面硬度随深度的变化出线,从图1中
始每隔一定距离进行测试,釆用HX-200显微硬度可以看出,经不同离子氮碳艺处理斤试样表层的显
计,载荷0.98N进行测量。通过光学显微镜观察试样微硬度分布都具有同样的规律,即表层的硬度最高
表而状态;采用LZB-4型浮子流量计,量稞为着距表而的距离增加,硬度逐渐降低,具有良好的硬
0.25mh测量气氮浓度分布。表层金相组织观察是在度分布规律。并且经离子氮碳处理h后,表层的硬化
N EO PHO T-21人型金相显微镜下进行的,采用的侵层深度即显微硬度分布都达到了0.17mm左右,这
独剂为亚哂酸、酸和酒精的混合溶液。
点与表层的氮碳分布规律相符,并且满足了图纸上的
表135cMo钢氮碳共渗试验气氛比值表
要求,即硬化层深度≥0.1Smm
试样编号
渗氮氛与渗碳氛的比值
表3距表面不同深度处氮、碳的质量分数%
氮气氛与渗磁气氛的比例
距表面的距离
693.84332
16459092
d
6:1
10
Q44Q37047Q39Q51Q40
036Q140360Q19Q36
寸试样表层进行逐层取样,采用瑞十产的
心部
()01(Q36
ARL4460直读光谱仪进行化学分析来测定距试样表
1000
一滲氮气氛与滲
面不同距离上的氮、碳含量。
碳气氛的比例
800
6:1
2试验结果与分析
渗氯气氛与浄
2.1试样的表面质最与硬度
ミ600
碳气氛的比例
400
从にど前期バ发的初步结果可以看出:渗碳介质
滲氮气氛与滲
为内,渗氮气氛与渗磯气氛的比值为6:1~10
碳气氛的比例
0
0.4
10:1
时,所有的工艺均满足要求且.具有较好的表面质量
(见表2)。
距离/m
表2不同比例渗氮、渗碳气氛试样的表面质量与硬度
图1材料表面硬度随深度的变化曲线
表面质量
硬度(HVo.)
4表层金相组织
表面有较多的碳黑
終2为氮碳工艺处理后渗层的金相组物由图2可
b
表面有较多的碳黑
表面有微的碳黑,将表面的碳黑去掉后
以看出:渗氮气氛与渗碳气氛的比例山6:1至10
767
银灰
时的金相组织基本相同,随渗氮气氛比例的提高,最
表面有极微量的碳黑,将表面的碳黑去掉
表面的白亮层越明显,达10um。经不同离子氮碳工艺
后,其表面的颜色为恨灰色
表面灰色,质量较好
处埋后试样表层的金相组织没有发现异常,出表至里
表灰色,质量较好
依次为c(FeN)>ty'(FeN)>a(N)+y>心部(是
从表1和表2中看出,随着渗氮碳气氛比例的増基体组织即原始組织)。氮共渗层出表及里分別为
人,使度貝有缓慢减小的趋势,但都满足硬度HVa1> FE2-3(N,C)或(Fe,M)23N,C)为主的化合物层,有
560的要
Fe(N,C)和FeN弥散析出的主扩散层,增氧铁素
2.2氮碳共渗处理斤不同深度处氮、的质量分数体aN)的过渡层。白亮层是∈(FeN)为主加上少量Y
表3为距表而