兩段式氣體滲氮對35CrMo鋼疲勞和腐蝕性能的影響
時間:2019-06-13
作者:無錫不銹鋼板
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35CrMo鋼是一種中碳中合金結構鋼,具有良好的綜合力學性能,其價格又比Cr-Ni鋼等低廉,故在機械制造、汽車和石化等行業(yè)廣泛用于制造傳動軸、曲軸和緊固件等零部件。提升35CrMo鋼的疲勞性能和腐蝕性能將對其工程應用產(chǎn)生極大的促進作用。滲氮是一種常見的提升材料疲勞強度及抗腐蝕能力的表面處理工藝,但是傳統(tǒng)的滲氮工藝大都具有滲速較慢、滲層淺等缺點。滲氮時間的延長不僅增加能耗,降低生產(chǎn)效率,也使?jié)B氮層組織變差。因此,研究了優(yōu)良的快速滲層滲氮工藝為提升35CrMo鋼的疲勞強度和抗腐蝕性能,甚至為整個機械加工行業(yè)更廣泛地運用滲氮處理來提高零件質(zhì)量,展示出光明的前景。
試驗選用正火態(tài)35CrMo鋼,其化學成分如表1所示。本試驗設計出兩種兩段式氣體滲氮新工藝,具體工藝參數(shù)如表2所示。兩種工藝的唯一區(qū)別為:在第一段滲氮處理后,分水冷和空冷兩種方式。由表2可以看出,本次設計的滲氮工藝總時間只有4h,與常規(guī)的幾十小時滲氮工藝相比,本次滲氮工藝極大地縮減滲氮的時間,達到了快速滲氮的目的。最后對處理后35CrMo鋼的組織及性能進行分析測試。
表1 35CrMo的化學成分(質(zhì)量分數(shù),%)
C
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Si
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Mn
|
S
|
P
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Cr
|
Ni
|
Cu
|
Mo
|
Fe
|
0.35
|
0.20
|
0.5
|
0.030
|
0.025
|
1.10
|
0.25
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0.23
|
0.25
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余量
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表2 滲氮處理工藝參數(shù)
分組
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第一段滲氮處理(擴散處理)
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第二段滲氮處理(氮化處理)
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溫度℃
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氨氣流量(m3·h-1)
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添加劑
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時間h
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冷卻方式
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溫度℃
|
氨氣流量(m3·h-1)
|
添加劑
|
時間h
|
冷卻方式
|
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水冷組
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570
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1.2~1.3
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無
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2
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水冷
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450
|
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
|
空冷組
|
空冷
|
組織硬度分析表明,兩種冷卻方式的氮化處理均能使35CrMo鋼表面獲得約400μm的硬質(zhì)氮化層。旋轉彎曲疲勞測試表明:35CrMo鋼經(jīng)本次滲氮工藝處理后,其旋轉彎曲疲勞周次比原材提升了將近30倍;鹽霧腐蝕試驗表明:35CrMo鋼經(jīng)本次滲氮工藝處理后,其抗腐蝕時間比原材提升了百倍;兩種滲氮處理工藝均使得35CrMo鋼的疲勞性能和腐蝕性能得到大幅度提高。同時,水冷組滲氮工藝對優(yōu)化35CrMo鋼的腐蝕和疲勞性能比空冷組更為明顯。