42CrMo钢离子渗氮+后氧化复合处理研究

孤鸿踏雪

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        42CrMo钢离子渗氮+后氧化复合处理研究
       来源:常州大学材料科学与工程学院作者:武计强全文下载
       在脉冲等离子渗氮炉中42CrMo 钢进行离子渗氮和后氧化复合处理，离子氧化介质为普通空气。采用金相显微镜、X 射线衍射仪、电化学性能分析测试仪对复合渗层的显微组织、物相及耐腐蚀性进行了测试和分析。研究结果表明，复合渗层硬度较单一离子渗氮得到的有不同程度的提高，最大硬度达到760 HV0.05 ；42CrMo 钢离子渗氮后进行氧化处理可在氮化层上形成一层1 ～ 2 μm 厚的氧化层，该氧化层由Fe2O3和Fe3O4 组成；后氧化显著提高42CrMo 钢的耐蚀性，其中400 ℃ × 60 min后氧化获得最佳耐蚀性。
       42CrMo 钢具有良好的综合性能，如强度高、韧性好、淬透性好等，被广泛应用于齿轮。为满足齿轮表面耐磨、心部良好韧性的设计要求，扩大工程领域的应用领域，一般都要进行表面热处理。现阶段离子渗氮技术已被广泛地应用于42CrMo 钢表面强化处理。但是离子渗氮后形成的渗氮层表面硬而脆，容易脱落。近年，在离子渗氮基础上开发的氧化复合处理技术有效弥补了这一缺点。
       离子渗氮后续氧化复合工艺是在离子渗氮之后再进行一次氧化处理的复合工艺，进一步提高渗层的综合性能。后续氧化过程中，化合物层发生调幅分解，合金氮化物弥散析出，渗氮层硬度得到不同程度的提高；同时渗层表面生成一层致密的以Fe3O4为主、外加少量Fe2O3的氧化膜，由于Fe2O3氧化膜结构疏松，生产中需要尽量避免。南昌大学周潘兵对此进行了研究，并确定了W6Mo5CrV2 最佳后氧化工艺，但获得的工艺参数对其他材料不具备普适性。
       本文采用空气作为氧化介质，工艺成本低，易于操作。将离子氧化技术与42CrMo 钢离子渗氮结合起来，研究离子氧化温度与时间对复合渗层组织与性能的影响。并结合复合渗层的组织形貌和显微硬度等特性，探讨离子渗氮后氧化复合工艺的机理。
       1、实验材料及方法
       实验材料为调质态42CrMo 钢，其化学成分( 质量分数，%) 为：0.39 ～ 0.42 C；0.16 ～ 0.24 Mo；0.75～ 1.0Mn；0.15 ～ 0.34 Si；0.9 ～ 1.02 Cr；其余为Fe。调质后试样基体硬度为350 HV0.05。采用线切割机切成10 mm × 10 mm × 5 mm 试样，表面依次用240 ～2000 目的SiC 砂纸磨平，再用金刚石抛光至镜面，最后用无水乙醇在超声波中清洗10 ～ 15 min，并用吹风机吹干，待用。
       离子渗氮后氧化复合处理工艺流程主要分如下3 步( 见图1) ：1) 向LD-8CL 型直流等离子体渗氮炉内通入氢气进行溅射加热和清洁处理；2) 当达到设定的温度后通入氢气和氮气，N2：H2 = 1：3，进行离子氮化，渗氮温度为550 ℃，时间为4 h；3) 氮化结束后，在离子炉内冷却到氧化温度，通入空气进行后氧化，空气流量为4 L /min，氧化结束后随炉冷却到室温。离子渗氮后氧化复合处理所采用的工艺参数如表1 所示。

       图1 离子渗氮+ 后氧化工艺流程图（见附件）
       表1 离子渗氮+ 氧化复合处理工艺参数（见附件）

        采用金相显微镜对试样截面进行组织观察；采用D/max2500 型X 射线衍射仪对渗氮层物相进行分析，采用TD7300 型电化学测试系统在3.5% NaCl溶液中进行，测量氧化后的试样在室温下的极化曲线，参比电极为饱和甘汞电极( SCE) ，辅助电极为Pt电极，扫描速度为1 mV/s。
        3、结论
        1、42CrMo钢离子渗氮后氧化复合处理后，渗层由氧化层、氮化层和扩散层构成。
        2)、42CrMo 钢离子渗氮后氧化处理后，表层氧化层物相取决于温度和时间，主要由Fe3O4和Fe2O3组成。
        3)、42CrMo 钢经离子渗氮后氧化复合处理，截面硬度较单一离子渗氮得到不同程度的提高，最大硬度达到760 HV0.05。
        4)、后氧化处理显著提高42CrMo 钢离子渗氮样耐腐蚀性能，其中400 ℃ × 60 min 为最优后氧化工艺参数。

LISHUANGXI

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天涯无芳草

表示一脸蒙蔽带去给老大看一下‘

LISHUANGXI

这么好的一个工艺，大家为啥不讨论呢，离子渗氮+后氧化设备好像只有奥地利生产，太贵了要50万欧元，国内一般是QPQ，现在环保查的严，不让用，现在好多在研究气体渗氮+后氧化，离子渗氮+后氧化很少，丰东热处理说是可以用外加热式离子渗氮炉可以做，普通离子渗氮炉做不了，高手们讨论下，