30CrMn力學(xué)性能及氣體氮化工藝性能研究

1、    30crmn力學(xué)性能及氣體氮化工藝性能研究    黃斌麻少博摘 要 本文對(duì)30crmn力學(xué)性能及氣體氮化工藝性能進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞 30crmn 力學(xué)性能 氣體氮化工藝：tg174.44 ：a0引言通過(guò)氣體滲氮，能夠明顯的提高機(jī)械零件的表面硬度、疲勞強(qiáng)度及耐磨性，同時(shí)由于氮化溫度低，氮化零件變形小、尺寸穩(wěn)定，除此之外氮化零件還具有良好的紅硬性及耐腐蝕能力，因此氣體氮化得到了廣泛的應(yīng)用。但是氣體氮化也有生產(chǎn)周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)。以常用的氮化用鋼42crmo為例，要達(dá)到0.3mm的氮化層深，所需要的氮化時(shí)間基本在25-30h左右，滲速約為0.00

2、8-0.01mm/h。因此，人們一直在探索新方法，以縮短滲氮生產(chǎn)周期。目前，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行努力：（1）研發(fā)新的氮化鋼；（2）采用物理或者化學(xué)的方法加快滲氮速度；（3）調(diào)整滲氮工藝。30crmn是由國(guó)外引進(jìn)的一種氮化鋼，目前國(guó)內(nèi)沒(méi)有關(guān)于這種材料的氮化資料。為此，我們以42crmo為參照對(duì)象，通過(guò)大量的工藝試驗(yàn)，對(duì)30crmn的綜合力學(xué)性能及氮化性能進(jìn)行了研究，確定了這種材料的氮化工藝，同時(shí)為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。1試驗(yàn)設(shè)備和材料試驗(yàn)設(shè)備：pda-8000直讀光譜儀、cmt-5305微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)、gx71倒置式系統(tǒng)金相顯微鏡、kres5/2-90/85/150cn可控氣氛罐式

3、氣體氮化爐、vkes5/2-90/85/150cn箱式多用爐、tukon2500-6顯微硬度計(jì)等。試驗(yàn)材料：42crmo、30crmn。兩種材料的具體成分見(jiàn)表1。2.1試樣的加工為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，試樣按照與滲氮零件相同工藝流程進(jìn)行加工：下料鍛造正火粗車(chē)調(diào)質(zhì)精車(chē)氣體氮化。2.2試樣的調(diào)質(zhì)對(duì)氣體氮化零件來(lái)說(shuō)，即調(diào)質(zhì)硬度對(duì)零件最終氣體氮化的表面硬度、氮化層深度梯度有著顯著地影響，因此，為了對(duì)比30crmn和42crmo這兩種材料的氮化性能，同時(shí)排除不同調(diào)質(zhì)硬度對(duì)氮化性能的影響，本試驗(yàn)將兩者的調(diào)質(zhì)硬度均控制在hrc30-31，且金相組織均為100%的回火索氏體。為防止脫碳，調(diào)質(zhì)加熱過(guò)程均采用碳勢(shì)保護(hù)

4、，同時(shí)淬火參數(shù)兩者完全相同。30crmn的調(diào)質(zhì)工藝為：870？h保溫+600？h回火；42crmo的調(diào)質(zhì)工藝為860？h保溫+610？h回火。2.3試樣的氣體氮化調(diào)質(zhì)后的試樣經(jīng)過(guò)精車(chē)，使表面光潔度達(dá)到ra0.8。氣體氮化在愛(ài)協(xié)林kres5/2-90/85/150cn可控氣氛罐式氣體氮化爐中進(jìn)行，該設(shè)備采用氫探頭準(zhǔn)確測(cè)量爐內(nèi)氮?jiǎng)荩?jì)算機(jī)根據(jù)設(shè)定的氮?jiǎng)葜低ㄟ^(guò)質(zhì)量流量計(jì)控制通入爐內(nèi)的氨氣及氨氣裂解氣，使裂解氨的流量增大或減小，從而調(diào)節(jié)爐內(nèi)的氮?jiǎng)葜蹬c設(shè)定值一致。30crmn和42crmo的氣體氮化工藝見(jiàn)表2。3試驗(yàn)結(jié)果及分析根據(jù)gb/t228.1-2010標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)材料力學(xué)性能，可以看出30crmn的延

5、伸率、端面收縮率基本與42crmo相近，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、沖擊吸收功略低于42crmo。根據(jù)gb/t11354-2005標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)隨爐試樣?？梢钥吹?，在相同的氣體氮化工藝下，30crmn和42crmo的白亮層深、脆性級(jí)別、氮化物級(jí)別基本相同，30crmn的表面硬度明顯高于42crmo，其氮化層也比42crmo深。短時(shí)滲氮（1#工藝）情況下，雖然兩者的氮化層深度比較接近，但30crmn的表面硬度比42crmo高出約28 %。2#、3#、4#氮化工藝條件下，30crmn的表面硬度也比42crmo高出約30%，氮化層深度前者基本上是后者的1.3倍。同時(shí)由表可以看出，42crmo氣體氮化后表面硬度最高

6、可以達(dá)到650hv，而30crmn氣體氮化硬度甚至可以達(dá)到820hv。若機(jī)械零件要求氮化層深度不小于0.3mm，在相同的調(diào)質(zhì)硬度下，如果選用30crmn，使用2#氮化工藝即可滿(mǎn)足要求，總的工藝時(shí)間為13h；如果選用42crmo，則必須采用3#或者4#工藝，與2#工藝相比，工藝時(shí)間分別延長(zhǎng)了12h及10h。綜上，與42crmo相比較，30crmn具備更加優(yōu)異的氮化性能。鋼中的氮化物形成元素，如cr、mo、v、w、al、ti、nb等能在%z相中形成微細(xì)的氮化物顆粒，對(duì)%z相起到強(qiáng)化作用，從而提高氮化層硬度及強(qiáng)度。其中，al、ti、nb、v是最有效的強(qiáng)氮化元素，其次是cr、mo、v等元素。雖然30crmn不含mo元素，但是v和al的含量卻高于42crmo，這就是30crmn比42crmo具有更高的氮化硬度、更快的氮化速度的主要原因。4結(jié)語(yǔ)（1）與42crmo相比，30crmn是更為優(yōu)異的氣體氮化用鋼，其滲速快，氮化硬度高，最高可以達(dá)到820hv左右。（2）30crmn與42crmo的綜合力學(xué)性能接近，在大多數(shù)情