表面強化鐵基粉末冶金材料的表面處理工藝分析

王彥康，王 濤，呂偉龍，李國平，劉增林

（1.山東魯銀新材料科技有限公司技術科，山東 萊蕪 271104；2.萊蕪職業技術學院，山東 濟南 271100；3.北京鋼鐵研究總院，北京 100083）

近年來工業化生產進程逐步加快，現代化粉末冶金屬于各類機械零件制造的專業技術，其具備優質、高效、低能耗、節能性應用特征，適用于諸多大批量零件生產。比如汽車零件生產中，選取鍛造、鑄造、機械加工等常規方式難以有效成型。即使能成型但也會形成諸多復雜形狀的應用零件。現階段選取粉末冶金技術工藝對各類零件展開生產，能有效提升零件生產精度，優化零件基本性能，對現代化制造業發展經濟成效具有重要促進作用。

1 材料燒結后續處理以及表面強化

目前要想全面提升各類鐵基粉末冶金材料以及不同部件性能優化，要注重做好燒結之后熱處理以及表面強化處理操作，有助于強化冶金材料以及各類部件綜合性能。在各類粉末冶金零部件強化處理與零件鍛軋中，基本運行原理相同。但是對應的制造技術方法存有一定差異，主要是用于諸多合金以及孔性差異性突出，在強化處理操作中會導致綜合性能以及基本構成元素與鑄鍛材料之間存有一定差異。從研究中能得出，其和全密度碳鋼相同，在生產加工中含碳量超出0.4%的鐵基粉末冶金材料在整體淬火回火操作中。有助于集中改善表面強度、抗拉強度、疲勞強度、磨損抗力等。但是部分工程部件加工實踐中，失效部分主要是集中在次表面以及表層中，當前技術人員要針對性做好氮化處理、滲碳處理、碳氮共滲處理操作，便于全面改善提升鐵基粉末冶金材料整體應用性能。

2 鐵基燒結材料表面處理相關概述

現階段摩擦磨損現狀發生主要是集中在相對運動的表面，目前表面工程技術規范化運用是全面提升運動表層摩擦性能相對經濟的操作方式。現有的表面工程技術應用中分類較多，應用分布較廣。主要包含傳統的表面機械強化技術，主要涉及到預加應力強化技術、滾壓操作、噴丸等。在化學熱處理技術運用中，主要涉及到滲氮技術、滲碳技術、滲硼技術等。在表面淬火強化中，要合理運用火焰淬火、感應淬火技術。電鍍技術應用中，涉及到化學鍍、電鍍、刷鍍等。近年來隨著我國多項科學技術快速發展，薄膜技術應用成效在不斷提升，比如離子注入、PVD、CVD以及LB膜等，納米表面工程技術、復合型表面工程技術、激光表面處理技術等。

在表面工程技術運用中，要注重對各類零部件實施針對性表面以及局部強化處理、修復管控，促使其表面層多項性能全面提升。表層材料應用與制造部件整體材料應用對比來看，其占據面積較小、厚度相對較薄，但是承擔著諸多部件應用性能。目前要對表面工程技術合理運用，有助于調節本體材料應用要求，節約更多資源材料損耗。針對性控制材料生產加工成本，提高經濟效益、綜合生產效益。傳統單一化表面工程技術應用中局限性突出，不能有效適應相對嚴苛的工況生產要求。當前要注重對各類表面工程技術集中整合，突出技術應用協同效應，獲取更好的加工成效，集中控制各項技術加工難題。現有的復合表面工程技術應用成效在不斷提升，比如熱噴涂與刷鍍復合、熱噴涂與激光重熔復合、化學熱處理與電鍍復合、表面強化與固體潤滑膜復合、非金屬材料與金屬材料涂層復合、各類多層薄膜技術應用負合等。在鐵基燒結材料應用中要注重突出耐磨性以及制造工藝性能，但是受到孔隙影響，材料加工強度、硬度會受到較大限制。當前要注重保障表面工程技術與鐵末燒結技術有效融合，這樣能有效拓寬表面功能層。促使粉末燒結技術應用領域不斷拓寬，對燒結部件整體性能能有效優化。

3 表面強化鐵基粉末冶金材料的表面處理工藝應用探究

3.1 滲碳處理

在工業生產加工領域中，對于沒有游離石墨材料，其化合碳整體含量為0.10%至0.20%，此類鐵基粉末冶金材料運用中能選取固體、氣體滲碳法實施有效滲碳處理管控。由于對冶金材料中的鹽分難以集中清除，在加工中主要是選取氣體滲碳處理，不選用液體滲碳。滲碳操作之后要注重及時對各類部件表面硬度現狀進行判定，要確保其能達到800HV之上，這樣能有效優化磨粒實際磨損抗力。但是在常規燒結加工狀態中，各類材料加工中內部孔隙之間相互對接。滲碳氣氛會基于材料表面不同孔隙進入到材料內部環境，會產生諸多突出的硬化層。在分界面組建中會產生諸多殘余應力，有助于對其疲勞強度集中改善。所以當前針對不同性能應用部件，鐵基粉末冶金材料滲碳處理技術應用成效受限。加上諸多氣孔存在，在高溫滲碳環境中會產生較大變形現狀，限制了技術應用。

3.2 氮化共滲處理

鹽浴法在應用中諸多鹽元素難以清除，當前粉末冶金材料應用中主要是基于氣體氮碳共滲以及氣體氮化處理操作。在粉末冶金材料運用中主要是基于氣體實施氮化，當氣體從諸多氣孔中滲入以后將導致其內部產生變形與脆化現狀。為了集中優化各項問題，要注重做好離子淡化研究分析。離子出現主要是對內部介質滲入底端的問題實施有效控制，促使硬化層深度得到有效控制，對各類變形問題規范化管控。

3.3 碳氮共滲操作

此項技術操作屬于通過改良之后的氣體滲氮處理操作，在優化改進中主要是在滲氮氣氛氣體中引入氣體。之后在粉末冶金零件加工表面產生初生態氮，氮與碳在同時擴散中能進入到粉末冶金材料中，有助于產生含有氮元素的滲碳層。和氣體滲碳對比，碳氮共滲溫度相對較低，主要是出于840至870℃范圍內。技術人員在碳氮共滲處理操作中，要注重對硬化層深度規范化控制，將其全面應用在鐵基粉末冶金材料表面處理中。從實踐操作中能得出，Fe-1.5%材料碳氮共滲彎曲疲勞壽命和氮化鍛鋼相類似。從生產操作實踐中能得出，碳氮共滲能用于耐磨性較高、心部韌性突出的加工部件中。

3.4 表面硬化淬火

粉末冶金材料運用中要注重做好高頻感應淬火、激光硬化淬火。其中粉末冶金材料與各類常見的熔鑄材料對比，電阻率受到材料密度影響，密度不斷降低，電阻率逐步升高，要注重對加熱時間合理控制。當前高頻感應淬火處理技術應用中主要是用于各類工業粉末冶金齒輪加工處理，集中改善接觸疲勞性能、提升耐磨屬性。在高頻感應淬火操作中，在加工中感應加熱表面熱處理操作應用范圍較廣，是屬于綜合發展較快的表面熱處理技術。此項加工主要是處于交變磁場中，零件通過自身產生熱量實施有效加熱，對應的熱損失較少。因此，加熱速率較快，整體熱效率偏高。實際熱處理成效較好，當加熱時間較短，各類零件會沒有氧化以及脫碳情況。加上加工中零件中心位置在低溫環境中，對應強度較高，所以相應的淬火變形系數偏小。目前要注重選取感應淬火，這樣能保障零件表面加工中獲取更高的耐磨性以及硬度值，原有的的中心部保持最合理的塑性與韌度。

3.5 鐵基粉末冶金材料激光表面強化處理

激光熱處理技術工藝參數主要是激光器輸出功率P、掃描速度V、光斑直徑d構成，其對硬化層寬度、硬度、深度、機械性能等會產生較大影響。當掃描速度和光斑直徑一定，工件表面最大加熱時間處于恒定狀態。隨著激光器輸出功率不斷增加，對應的硬化層深度也會擴大。主要是由于激光器應用中輸出功率不斷增大，對應的光斑平均功率密度也會不斷增加。隨著金屬表面吸收能量不斷增大，對應的表面溫度也會不斷提升。在通過金屬機體快速熱傳遞中，金屬表面中處于相變溫度的區域會不斷擴大。在現階段工業生產中，對激光處理工藝可重復性進行調控是全面提升產品質量的重要保障，但是激光淬火與各類傳統熱處理技術應用相比，能有效控制制熱區域以及各類工件變形系數等，通過對激光淬火工藝流程合理控制，能全面提升各類產品生產質量。對原有的工件生產技術工藝有效優化，控制工件生產成本，提升激光淬火處理成效。在材料激光熱處理中，全面提升處理表面硬度的主要原因是受到馬氏體高位錯密度以及固溶含碳量影響。

現階段諸多成分鐵基粉末冶金材料在處理中通過寬帶激光表面淬火處理，對應的硬度值能全面提升。鐵基粉末冶金材料硬度從淬火前到淬火后硬度能有效提升3倍左右，諸多合金元素中Cr含量不斷增加會導致實際硬化深度不斷遞增。在激光表面處理中，實際熱效率較高、加熱速率較快，加上對應的加熱范圍偏小，很難產生裂縫等問題。在激光硬化中，激光與各類材料之間會產生相互作用。能基于激光輻射強度以及持續時間進行階段劃分。加工材料受到激光輻射之后會產生晶格畸變，有助于強化硬化成效。激光表面淬火主要是基于激光對材料實施輻射，這樣能促使材料表面加工能以最快速率進行溫度加熱，之后再基于材料自身導熱屬性實施快速冷卻。此類快速加熱以及快速冷卻特征，能保障加熱區域組織結構產生諸多變化，有助于優化加熱性能。目前表面淬火操作與材料生產之間處于熱循環關系，基于激光功率控制、功率密度劃分、激光作用時間參數控制，能有效優化控制熱循環，有助于提升材料表面淬火、退火技術工藝應用成效。

4 結語

綜合上述，鐵基粉末冶金材料密度級別對其機械性能以及應用性能會產生較大影響，現階段要注重做好抗磨抗粘結力優化，提升密度級別的同時有助于優化燒結材料整體性能。在處理過程中能規范化運用各項技術，比如在激光淬火技術處理中。各項操作對激光淬火要求較高，片面應用輸出功率較高的二氧化碳激光設備，對鐵基材料實施熱處理難度較高。在現代化工業生產中，對激光處理技術工藝規范化運用是提升生產質量的重要基礎。激光淬火技術應用與傳統熱處理應用對比，能精確化控制熱處理區域各項變形問題。