35CrMo鋼進行不同階段滲氮研究

張文昊

（遼源方大鍛造有限公司，吉林遼源 136600）

35CrMo鋼進行不同階段滲氮研究

張文昊

（遼源方大鍛造有限公司，吉林遼源 136600）

本文選用石油化工、機械等常用的35CrMo鋼進行不同階段滲氮研究，采用固體滲氮方法對35CrMo鋼進行多階段滲氮。多階段滲氮主要分為一、二、三階段滲氮，主要滲氮劑為尿素，催滲劑為NH4Cl，將工件放入金屬罐中密封，然后放入加熱爐進行加熱保溫來實現滲氮。采用金相顯微鏡對滲氮層的顯微組織和耐蝕性能進行試驗。

固體滲氮 35CrMo鋼 多階段滲氮

1 引言

35CrMo合金結構鋼，有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限，淬透性較40Cr高，高溫下的35CrMo有高蠕變強度與持久強度，長期工作溫度可達500℃；冷變形時塑性中等，焊接性差。一般在調質處理后使用，也可在高中頻表面淬火或淬火及低中溫回火后使用。

表1 四樣混合及體積百分比

圖1 不同工藝條件的滲氮層組織 倍數為500

圖2 三階段滲氮后XRD圖

目前，最常用的滲氮方法是氣體滲氮，但是滲氮時間長，滲層淺，一直是困擾滲氮發展的難題。因此，文中基于壓力助滲原理，嘗試利用一種新的自行設計的滲氮方法——罐裝法進行滲氮。即采用尿素做滲氮劑將工件和尿素放入金屬罐中密封，然后放入加熱爐進行加熱保溫來實現滲氮。該法設備簡單，成本低，并且密封罐內形成的氣體壓力有助于快速。但是，在幾個小時的滲氮時間內，該滲氮法仍然存在制備出的滲氮層厚度較薄的問題。

2 滲氮前調質處理

材料尺寸φ15mm×3mm，進行850℃淬火，并且保溫30分鐘，然后水淬，在550℃下進行高溫回火處理，保溫40分鐘，冷卻介質為水。

3 一、二、三階段滲氮工藝

滲氮前將樣品表面用細砂紙打磨光滑，然后用丙酮擦洗除油。滲氮劑選用尿素，催滲劑為NH4Cl。擦拭后盡量不要用手接觸，將樣品、尿素、氯化銨、碳酸鈉等放入鋼罐中密封，依次放入20mm尿素、10mm粘土、四樣混合30mm、10mm粘土、15mm尿素、封罐部分（如表1），其中四樣混合，將樣品放入15mm的尿素層中，然后設置工藝溫度為520℃，保溫時間為6h。二階段滲氮設置工藝溫度為520℃，保溫時間為4h；升溫到600℃，保溫時間為2h。三階段滲氮設置工藝溫度為520℃，保溫時間為3h；升溫600℃溫度，保溫時間為2h；降到520℃溫度，保溫時間為1h。

4 滲氮設備及材料

滲氮所需材料有固體粉末狀NH4Cl、固體粉末狀無水Na2CO3、丙酮、沙子、石英砂、粘土，利用電子天平分別進行測量，將量好的材料按制定好的工藝順序依次放入滲氮罐中，將工件用丙酮清洗好放入罐中，然后將封好的滲氮罐放入坩堝爐中，設定好工藝溫度開始進行滲氮。滲氮爐主要是自制坩堝爐。滲氮罐主要用的是鋼制滲氮罐。

5 滲氮處理后組織分析

從圖1中可以看出三階段工藝最外層白亮層硬度度明顯大于一階段、二階段。由于階段滲氮的時間是相同的，但不同工藝的最表層硬度不同，二、三階段的硬度大體相近，三階段的最高，并且耐蝕性能也比較好。圖3中表面有部分壞的區域，可能是因為腐蝕過程中處理不當的原因。滲氮層由表及里依次白亮層、擴散層、基體，滲氮層的深度隨滲氮溫度的提高而增加。

6 耐蝕性能分析

根據圖2滲氮后XRD圖可以看出滲氮后產生了Fe3N、FeCr、Fe4N新相。產生的FeCr相的抗氧化性能好。在氮化過程中，當氮化溫度在500～590℃區域進行時，氮原子的擴散由表及里依次經過ε、γˊ和α各相區。滲氮后產生了FeCr相，而此相的性能較好，提高了試樣的耐腐蝕性能，硬度也得到了一定的提高。

7 結語

在利用罐裝法對35CrMo鋼進行三個階段滲氮，對35CrMo鋼進行氮化處理可得到0.3～0.4mm氮化層深（包括白亮層和擴散層）。對35CrMo鋼試樣或零件氮化層檢查結果表明，氮化層主要由α-Fe相和Fe3N相組成，本文研究的條件下，三階段滲氮工藝耐蝕性能最好。