38CrMoAl鋼氮碳共滲與激光淬火復(fù)合改性層的組織與性能.pdf

1、38CrMoAl鋼在工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用，研究其表面改性以提高性能具有重要的意義。本文通過熱力學(xué)計(jì)算揭示不同對(duì)滲層中的氮化物、固溶體的生成和相互轉(zhuǎn)化的影響，并基于熱力學(xué)計(jì)算的理論指導(dǎo)，探索等離子循環(huán)氮碳共滲工藝，為了進(jìn)一步獲得更深的改性層，對(duì)經(jīng)過氮碳共滲處理的試樣表面進(jìn)行激光淬火處理，探索了這兩種工藝復(fù)合的可行性。分別利用XRD、 SEM、EDS等方法對(duì)改性層的相結(jié)構(gòu)、表面、截面和磨痕形貌進(jìn)行分析；并對(duì)改性層硬度、摩擦磨損和電化學(xué)性能進(jìn)

2、行表征。
　　熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明，F(xiàn)e4N，F(xiàn)e3N和α′N之間是可以相互轉(zhuǎn)化的。α′N能直接轉(zhuǎn)變成Fe4N和Fe2-3N。Fe4N和Fe3N兩相在800K是發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變?？梢酝ㄟ^溫度調(diào)節(jié)Fe4N和Fe3N兩相比例，減少Fe3N的含量，抑制白亮層的形成。稀土元素的加入以及降低背景真空度，可以促進(jìn)Fe3N向Fe4N轉(zhuǎn)變。
　　氮碳共滲結(jié)果表明：在循環(huán)工藝中，低溫高氮條件保溫時(shí)間越長，高溫低氮條件保溫時(shí)間越短，滲層表面含有的氮化

3、物越多，共滲層表面由Fe2-3N、Fe4N、α′-Fe等相組成。高溫高氮長時(shí)間條件下容易生成致密的白亮層。相同條件下，保溫時(shí)間越長，滲層深度越深。
　　復(fù)合改性結(jié)果表明：激光掃描速度越慢，獲得的硬化層深度越深。以600mm/min，1200mm/min，1800mm/min對(duì)基體進(jìn)行激光淬火，獲得硬化層的深度分別為722μm，467μm，272μm。相比氮碳共滲層，氮碳共滲與激光淬火復(fù)合改性層深度增厚明顯，PN-48h激光淬火后改

4、性層厚度從275增加到504μm，增厚83％，在460℃，540℃循環(huán)保溫8h的共滲層深度248μm增厚到激光淬火后的546μm，增厚120%。復(fù)合改性層相比于氮碳共滲層，其表面硬度低，但是硬度梯度更為平緩。并且復(fù)合改性層的硬度曲線出現(xiàn)一個(gè)硬度為600-700HV0.1的平臺(tái)。基體激光淬火后，表面一部分鐵氧化形成Fe2O3、Fe3O4和α′-Fe。復(fù)合改性層表面相主要是Fe2O3、Fe3O4、α′-Fe和少量的Fe4N，激光淬火處理后滲

5、層表面氮化物發(fā)生分解，表面形成氧化物。
　　氮碳共滲與激光復(fù)合改性層表面的耐磨性比氮碳共滲層有顯著提升，相比于共滲層，復(fù)合改性層的穩(wěn)定摩擦系數(shù)低，磨損率也低。復(fù)合改性層表面的磨損機(jī)制是磨粒磨損和氧化磨損，磨痕表面有犁溝和氧化皮剝落現(xiàn)象，氧含量較高；氮碳共滲層表面磨損機(jī)制是磨粒磨損，磨痕表面有明顯的犁溝，而且磨痕表面的氧含量較低。電化學(xué)極化曲線測(cè)試結(jié)果顯示，復(fù)合改性層比氮碳共滲層表面的平衡腐蝕電位要高，腐蝕電流密度要低。PN-72h