纯铁及结构钢快速气体渗氮工艺及机理研究

王博，孙淑华

燕山大学材料科学与工程学院亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室

摘 要：研究了纯铁及38CrMoAlA钢分别在500℃、0⁰.4MPa压力和510℃、0⁰.5MPa压力条件下的氨气渗氮行为。提高渗氮压力可显著加速气体渗氮动力学过程,纯铁在500℃和0.4 MPa下气体渗氮处理5h后渗氮层厚度（1160μm）可同比达到常规渗氮层厚度（205μm）的5倍以上,而38CrMoAlA钢经510℃和0.5 MPa压力下渗氮5h后的渗氮层厚度（400μm）几乎与常规渗氮50h所得硬化层厚度（440μm）相当。同时,纯铁及38CrMoAlA钢渗氮层中ε-Fe2-3N与γ′-Fe4N的相比例、氮势及表层硬度均随压力的提高呈现先增加后降低的变化趋势。提出了一种合金结构钢表面高强高韧渗氮层快速复合制备工艺（增压渗氮+冷轧）。与一段式常规渗氮及增压渗氮工艺相比,复合工艺处理表层硬度及韧性均较优良,尤其高剪切应力磨损条件下复合处理表层的耐磨性能最优,在20⁶00℃热循环处理10³00次条件下复合处理表层的耐热疲劳性能最佳。研究了42CrMo钢在既定的渗氮周期内（6h）以NH3为介质,530℃及不同压力循环次数条件下的气体渗氮行为。在渗氮温度和总时间相同条件下,循环压力气体渗氮样品化合物层随压力循环次数的增加逐渐减薄,渗氮层整体厚度随压力循环次数的增加逐渐增加,同时渗氮表层韧性随压力循环次数的增加逐渐增强。

关键词：纯铁及结构钢;压力;快速气体渗氮;渗氮层;显微组织;性能;