兩段式氣體滲氮對35CrMo鋼疲勞和腐蝕性能的影響
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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35CrMo鋼是一種中碳中合金結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的綜合力學(xué)性能，其價(jià)格又比Cr-Ni鋼等低廉，故在機(jī)械制造、汽車和石化等行業(yè)廣泛用于制造傳動軸、曲軸和緊固件等零部件。提升35CrMo鋼的疲勞性能和腐蝕性能將對其工程應(yīng)用產(chǎn)生極大的促進(jìn)作用。滲氮是一種常見的提升材料疲勞強(qiáng)度及抗腐蝕能力的表面處理工藝，但是傳統(tǒng)的滲氮工藝大都具有滲速較慢、滲層淺等缺點(diǎn)。滲氮時(shí)間的延長不僅增加能耗，降低生產(chǎn)效率，也使?jié)B氮層組織變差。因此，研究了優(yōu)良的快速滲層滲氮工藝為提升35CrMo鋼的疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能，甚至為整個機(jī)械加工行業(yè)更廣泛地運(yùn)用滲氮處理來提高零件質(zhì)量，展示出光明的前景。
試驗(yàn)選用正火態(tài)35CrMo鋼，其化學(xué)成分如表1所示。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)出兩種兩段式氣體滲氮新工藝，具體工藝參數(shù)如表2所示。兩種工藝的唯一區(qū)別為：在第一段滲氮處理后，分水冷和空冷兩種方式。由表2可以看出，本次設(shè)計(jì)的滲氮工藝總時(shí)間只有4h，與常規(guī)的幾十小時(shí)滲氮工藝相比，本次滲氮工藝極大地縮減滲氮的時(shí)間，達(dá)到了快速滲氮的目的。最后對處理后35CrMo鋼的組織及性能進(jìn)行分析測試。
表1 35CrMo的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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C
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Si
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Mn
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S
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P
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Cr
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Ni
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Cu
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Mo
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Fe
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0.35
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0.20
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0.5
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0.030
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0.025
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1.10
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0.25
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0.23
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0.25
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余量
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表2 滲氮處理工藝參數(shù)
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分組
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第一段滲氮處理（擴(kuò)散處理）
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第二段滲氮處理（氮化處理）
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溫度℃
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氨氣流量（m3·h-1）
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添加劑
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時(shí)間h
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冷卻方式
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溫度℃
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氨氣流量（m3·h-1）
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添加劑
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時(shí)間h
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冷卻方式
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水冷組
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570
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1.2～1.3
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無
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2
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水冷
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450
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1.2～1.3
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前60min
不通入，后60min通入
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2
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空冷
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空冷組
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空冷
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組織硬度分析表明，兩種冷卻方式的氮化處理均能使35CrMo鋼表面獲得約400μm的硬質(zhì)氮化層。旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞測試表明：35CrMo鋼經(jīng)本次滲氮工藝處理后，其旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞周次比原材提升了將近30倍；鹽霧腐蝕試驗(yàn)表明：35CrMo鋼經(jīng)本次滲氮工藝處理后，其抗腐蝕時(shí)間比原材提升了百倍；兩種滲氮處理工藝均使得35CrMo鋼的疲勞性能和腐蝕性能得到大幅度提高。同時(shí)，水冷組滲氮工藝對優(yōu)化35CrMo鋼的腐蝕和疲勞性能比空冷組更為明顯。