两段式气体渗氮对35CrMo钢疲劳和腐蚀性能的影响
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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35CrMo钢是一种中碳中合金结构钢，具有良好的综合力学性能，其价格又比Cr-Ni钢等低廉，故在机械制造、汽车和石化等行业广泛用于制造传动轴、曲轴和紧固件等零部件。提升35CrMo钢的疲劳性能和腐蚀性能将对其工程应用产生极大的促进作用。渗氮是一种常见的提升材料疲劳强度及抗腐蚀能力的表面处理工艺，但是传统的渗氮工艺大都具有渗速较慢、渗层浅等缺点。渗氮时间的延长不仅增加能耗，降低生产效率，也使渗氮层组织变差。因此，研究了优良的快速渗层渗氮工艺为提升35CrMo钢的疲劳强度和抗腐蚀性能，甚至为整个机械加工行业更广泛地运用渗氮处理来提高零件质量，展示出光明的前景。
试验选用正火态35CrMo钢，其化学成分如表1所示。本试验设计出两种两段式气体渗氮新工艺，具体工艺参数如表2所示。两种工艺的唯一区别为：在第一段渗氮处理后，分水冷和空冷两种方式。由表2可以看出，本次设计的渗氮工艺总时间只有4h，与常规的几十小时渗氮工艺相比，本次渗氮工艺极大地缩减渗氮的时间，达到了快速渗氮的目的。最后对处理后35CrMo钢的组织及性能进行分析测试。
表1 35CrMo的化学成分（质量分数，%）
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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 渗氮处理工艺参数
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分组
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第一段渗氮处理（扩散处理）
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第二段渗氮处理（氮化处理）
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温度℃
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氨气流量（m3·h-1）
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添加剂
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时间h
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冷却方式
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温度℃
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氨气流量（m3·h-1）
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添加剂
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时间h
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冷却方式
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水冷组
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570
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1.2～1.3
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无
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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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空冷组
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空冷
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组织硬度分析表明，两种冷却方式的氮化处理均能使35CrMo钢表面获得约400μm的硬质氮化层。旋转弯曲疲劳测试表明：35CrMo钢经本次渗氮工艺处理后，其旋转弯曲疲劳周次比原材提升了将近30倍；盐雾腐蚀试验表明：35CrMo钢经本次渗氮工艺处理后，其抗腐蚀时间比原材提升了百倍；两种渗氮处理工艺均使得35CrMo钢的疲劳性能和腐蚀性能得到大幅度提高。同时，水冷组渗氮工艺对优化35CrMo钢的腐蚀和疲劳性能比空冷组更为明显。