30CrMn力學性能及氣體氮化工藝性能研究

1、    30crmn力學性能及氣體氮化工藝性能研究    黃斌麻少博摘 要 本文對30crmn力學性能及氣體氮化工藝性能進行了分析。關鍵詞 30crmn 力學性能 氣體氮化工藝：tg174.44 ：a0引言通過氣體滲氮，能夠明顯的提高機械零件的表面硬度、疲勞強度及耐磨性，同時由于氮化溫度低，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用。但是氣體氮化也有生產(chǎn)周期長、生產(chǎn)成本高等缺點。以常用的氮化用鋼42crmo為例，要達到0.3mm的氮化層深，所需要的氮化時間基本在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，主要從以下幾個方面進行努力：（1）研發(fā)新的氮化鋼；（2）采用物理或者化學的方法加快滲氮速度；（3）調整滲氮工藝。30crmn是由國外引進的一種氮化鋼，目前國內沒有關于這種材料的氮化資料。為此，我們以42crmo為參照對象，通過大量的工藝試驗，對30crmn的綜合力學性能及氮化性能進行了研究，確定了這種材料的氮化工藝，同時為公司創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟效益。1試驗設備和材料試驗設備：pda-8000直讀光譜儀、cmt-5305微機控制電子萬能試驗機、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顯微硬度計等。試驗材料：42crmo、30crmn。兩種材料的具體成分見表1。2.1試樣的加工為保證試驗的準確性，試樣按照與滲氮零件相同工藝流程進行加工：下料鍛造正火粗車調質精車氣體氮化。2.2試樣的調質對氣體氮化零件來說，即調質硬度對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，為了對比30crmn和42crmo這兩種材料的氮化性能，同時排除不同調質硬度對氮化性能的影響，本試驗將兩者的調質硬度均控制在hrc30-31，且金相組織均為100%的回火索氏體。為防止脫碳，調質加熱過程均采用碳勢保護

4、，同時淬火參數(shù)兩者完全相同。30crmn的調質工藝為：870？h保溫+600？h回火；42crmo的調質工藝為860？h保溫+610？h回火。2.3試樣的氣體氮化調質后的試樣經(jīng)過精車，使表面光潔度達到ra0.8。氣體氮化在愛協(xié)林kres5/2-90/85/150cn可控氣氛罐式氣體氮化爐中進行，該設備采用氫探頭準確測量爐內氮勢，計算機根據(jù)設定的氮勢值通過質量流量計控制通入爐內的氨氣及氨氣裂解氣，使裂解氨的流量增大或減小，從而調節(jié)爐內的氮勢值與設定值一致。30crmn和42crmo的氣體氮化工藝見表2。3試驗結果及分析根據(jù)gb/t228.1-2010標準檢測材料力學性能，可以看出30crmn的延

5、伸率、端面收縮率基本與42crmo相近，屈服強度、抗拉強度、沖擊吸收功略低于42crmo。根據(jù)gb/t11354-2005標準檢測隨爐試樣?？梢钥吹?，在相同的氣體氮化工藝下，30crmn和42crmo的白亮層深、脆性級別、氮化物級別基本相同，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。同時由表可以看出，42crmo氣體氮化后表面硬度最高

6、可以達到650hv，而30crmn氣體氮化硬度甚至可以達到820hv。若機械零件要求氮化層深度不小于0.3mm，在相同的調質硬度下，如果選用30crmn，使用2#氮化工藝即可滿足要求，總的工藝時間為13h；如果選用42crmo，則必須采用3#或者4#工藝，與2#工藝相比，工藝時間分別延長了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相中形成微細的氮化物顆粒，對%z相起到強化作用，從而提高氮化層硬度及強度。其中，al、ti、nb、v是最有效的強氮化元素，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結語（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，最高可以達到820hv左右。（2）30crmn與42crmo的綜合力學性能接近，在大多數(shù)情