35CrMo钢进行不同阶段渗氮研究

张文昊

（辽源方大锻造有限公司，吉林辽源 136600）

35CrMo钢进行不同阶段渗氮研究

张文昊

（辽源方大锻造有限公司，吉林辽源 136600）

本文选用石油化工、机械等常用的35CrMo钢进行不同阶段渗氮研究，采用固体渗氮方法对35CrMo钢进行多阶段渗氮。多阶段渗氮主要分为一、二、三阶段渗氮，主要渗氮剂为尿素，催渗剂为NH4Cl，将工件放入金属罐中密封，然后放入加热炉进行加热保温来实现渗氮。采用金相显微镜对渗氮层的显微组织和耐蚀性能进行试验。

固体渗氮 35CrMo钢 多阶段渗氮

1 引言

35CrMo合金结构钢，有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限，淬透性较40Cr高，高温下的35CrMo有高蠕变强度与持久强度，长期工作温度可达500℃；冷变形时塑性中等，焊接性差。一般在调质处理后使用，也可在高中频表面淬火或淬火及低中温回火后使用。

表1 四样混合及体积百分比

图1 不同工艺条件的渗氮层组织 倍数为500

图2 三阶段渗氮后XRD图

目前，最常用的渗氮方法是气体渗氮，但是渗氮时间长，渗层浅，一直是困扰渗氮发展的难题。因此，文中基于压力助渗原理，尝试利用一种新的自行设计的渗氮方法——罐装法进行渗氮。即采用尿素做渗氮剂将工件和尿素放入金属罐中密封，然后放入加热炉进行加热保温来实现渗氮。该法设备简单，成本低，并且密封罐内形成的气体压力有助于快速。但是，在几个小时的渗氮时间内，该渗氮法仍然存在制备出的渗氮层厚度较薄的问题。

2 渗氮前调质处理

材料尺寸φ15mm×3mm，进行850℃淬火，并且保温30分钟，然后水淬，在550℃下进行高温回火处理，保温40分钟，冷却介质为水。

3 一、二、三阶段渗氮工艺

渗氮前将样品表面用细砂纸打磨光滑，然后用丙酮擦洗除油。渗氮剂选用尿素，催渗剂为NH4Cl。擦拭后尽量不要用手接触，将样品、尿素、氯化铵、碳酸钠等放入钢罐中密封，依次放入20mm尿素、10mm粘土、四样混合30mm、10mm粘土、15mm尿素、封罐部分（如表1），其中四样混合，将样品放入15mm的尿素层中，然后设置工艺温度为520℃，保温时间为6h。二阶段渗氮设置工艺温度为520℃，保温时间为4h；升温到600℃，保温时间为2h。三阶段渗氮设置工艺温度为520℃，保温时间为3h；升温600℃温度，保温时间为2h；降到520℃温度，保温时间为1h。

4 渗氮设备及材料

渗氮所需材料有固体粉末状NH4Cl、固体粉末状无水Na2CO3、丙酮、沙子、石英砂、粘土，利用电子天平分别进行测量，将量好的材料按制定好的工艺顺序依次放入渗氮罐中，将工件用丙酮清洗好放入罐中，然后将封好的渗氮罐放入坩埚炉中，设定好工艺温度开始进行渗氮。渗氮炉主要是自制坩埚炉。渗氮罐主要用的是钢制渗氮罐。

5 渗氮处理后组织分析

从图1中可以看出三阶段工艺最外层白亮层硬度度明显大于一阶段、二阶段。由于阶段渗氮的时间是相同的，但不同工艺的最表层硬度不同，二、三阶段的硬度大体相近，三阶段的最高，并且耐蚀性能也比较好。图3中表面有部分坏的区域，可能是因为腐蚀过程中处理不当的原因。渗氮层由表及里依次白亮层、扩散层、基体，渗氮层的深度随渗氮温度的提高而增加。

6 耐蚀性能分析

根据图2渗氮后XRD图可以看出渗氮后产生了Fe3N、FeCr、Fe4N新相。产生的FeCr相的抗氧化性能好。在氮化过程中，当氮化温度在500～590℃区域进行时，氮原子的扩散由表及里依次经过ε、γˊ和α各相区。渗氮后产生了FeCr相，而此相的性能较好，提高了试样的耐腐蚀性能，硬度也得到了一定的提高。

7 结语

在利用罐装法对35CrMo钢进行三个阶段渗氮，对35CrMo钢进行氮化处理可得到0.3～0.4mm氮化层深（包括白亮层和扩散层）。对35CrMo钢试样或零件氮化层检查结果表明，氮化层主要由α-Fe相和Fe3N相组成，本文研究的条件下，三阶段渗氮工艺耐蚀性能最好。