淺析不銹鋼氮化件維氏硬度與滲氮層深度關(guān)系

耿延朝，陳煒，邵帥，馮魁，張江楠

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

關(guān)鍵字：滲氮；維氏硬度；馬氏體；奧氏體；顯微組織

某些使用設(shè)備因其應(yīng)用的環(huán)境特殊性，零部件的材料選用從優(yōu)質(zhì)的氮化用鋼38CrMoAl、35CrMoV逐漸向Cr13型馬氏體不銹鋼及Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼發(fā)展。但是，在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，采用5公斤力測定氮化硬度時(shí)，對于像38CrMoAl、35CrMoV等易氮化用鋼來說，測得的硬度與采用顯微硬度法測得的硬度基本一致，而對于馬氏體不銹鋼及奧氏體不銹鋼來說，測得的硬度與采用顯微硬度法測得的硬度有很大的差異，此時(shí)采用5公斤力測得的硬度基本上是其調(diào)質(zhì)時(shí)的硬度，而采用顯微硬度法測得的硬度均在涉及要求的范圍內(nèi)，目前對于維氏硬度載荷的選擇與氮化后的滲層深度的關(guān)系的研究比較少。因此，研究維氏硬度載荷的選擇與氮化后的滲層深度的關(guān)系具有重要的實(shí)際意義。筆者以Cr13型馬氏體不銹鋼和Cr18Ni9型奧氏體為研究對象,分別對材料氮化后的滲層深度與不同維氏硬度載荷進(jìn)行分析和探討，以期為合理使用維氏硬度載荷提供一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)使用的Cr13型馬氏體不銹鋼和Cr18Ni9型奧氏體不銹鋼經(jīng)鍛造成型，其化學(xué)成分如表1所示。

表1 不銹鋼的的化學(xué)成分 (%)

Cr13型不銹鋼淬火采用RJX45，為高溫箱式電阻加熱爐，工藝為在淬火溫度保溫后并油冷至室溫，淬火溫度為980 oC；回火采用RJJ75-6，為專用回火電阻爐，工藝為將淬火后的試樣在680 oC保溫后并空冷至室溫，然后檢查Cr13型不銹鋼硬度HB 235；Cr18Ni9型不銹鋼固溶處理采用RJX45，工藝為在固溶處理溫度保溫后并水冷至室溫，淬火溫度為1050 oC，然后檢查Cr18Ni9型不銹鋼硬度HB 192。

氮化處理是采用輝光離子氮化。零件需要在400-1000 Pa的真空氣氛中，采用電流控制爐溫，利用工件（陰極）和陽極之間產(chǎn)生輝光放電，通入氨氣電離將氮離子飛濺到工件表面，形成氮化物，得到很高的硬度，氮化溫度為540 oC，具體工藝見圖1所示。然后利用OLYCIAm3金相顯微鏡觀察氮化層的深度，腐蝕劑為馬氏試劑（硫酸銅4g、鹽酸20ml、蒸餾水20ml），并且分別利用顯微硬度法和小負(fù)荷維氏硬度計(jì)對試件進(jìn)行硬度分析。

圖2 不銹鋼氮化工藝曲線

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不銹鋼氮化后的顯微組織

不銹鋼氮化后的顯微組織見圖3。從圖3中可以明顯的看出氮化層和基體。由圖3 a中可以測量出Cr13型不銹鋼氮化層的厚度0.20 mm，圖3 b中可以測量出Cr18Ni9型不銹鋼氮化層的厚度為0.07 mm。

圖3 不銹鋼氮化后的顯微組織

2.2 不銹鋼氮化后的硬度梯度

分別用載荷為0.2公斤力對Cr13型不銹鋼和Cr18Ni9型不銹鋼進(jìn)行維氏硬度檢驗(yàn)，測得滲氮層硬度與滲氮深度的硬度梯度如圖4所示。由圖4可以看出隨著滲氮層深度的增加，滲氮層硬度整體的變化趨勢是下降，而且從圖4中可以看出Cr13型不銹鋼和Cr18Ni9型不銹鋼當(dāng)滲層深度超過一定的值的時(shí)候所得到的滲氮層硬度與基體硬度一致。

圖4 不銹鋼氮化后硬度梯度

對于Cr13型不銹鋼和Cr18Ni9型不銹鋼在不同載荷下進(jìn)行維氏硬度檢測，測得不同負(fù)載下Cr13型不銹鋼和Cr18Ni9型不銹鋼的維氏硬度如圖5所示。HV 800為不銹鋼在氮化后的常用標(biāo)準(zhǔn)的硬度值。

在圖5中可以看出都采用5公斤力的相同載荷來檢測表面硬度，所測得的結(jié)果不能真實(shí)地反映出氮化處理的質(zhì)量好壞，根據(jù)圖5 a所示，對于Cr13型不銹鋼滲層厚度在≥0.2 mm，采用5公斤力、2公斤力測量維氏硬度比較合適；根據(jù)圖5 b所示，對于Cr18Ni9型不銹鋼滲層深度在≤0.1 mm，采用1公斤力、500克力測量維氏硬度比較合適。

3 結(jié)論

（1）用載荷為0.2公斤力對氮化后的試件測試維氏硬度，隨著滲氮層深度的增加，滲氮層硬度梯度的變化趨勢是下降。

（2）對于Cr13型不銹鋼滲層厚度在≥0.2mm，采用5公斤力、2公斤力測量維氏硬度比較合適，對于Cr18Ni9型不銹鋼滲層厚度≤0.10mm，采用1公斤力或500克力的小負(fù)荷測量維氏硬度比較合適。