離子滲氮溫度對(duì)W9Mo3Cr4V鋼滲層組織及性能的影響

在攪拌摩擦焊接過(guò)程中，攪拌頭與被焊接材料之間發(fā)生劇烈的熱機(jī)械作用，需要承受劇烈摩擦磨損、高溫、沖擊和交變載荷等交互作用。在這種嚴(yán)苛的工作條件下，要求攪拌頭必須具有較高的強(qiáng)度、硬度，同時(shí)還要求其具有良好的沖擊韌性、抗彎曲疲勞、高耐磨性和紅硬性等。

目前，普遍選用鋼、硬質(zhì)合金和聚晶立方滲氮硼等多種材料及相應(yīng)的工藝手段來(lái)制造攪拌頭。其中，采用工模具鋼通過(guò)淬火回火熱處理來(lái)制造攪拌頭工藝相對(duì)簡(jiǎn)單且成本較低，因而被廣泛應(yīng)用；但其耐磨性差，試樣壽命短，很難滿足攪拌摩擦焊的工業(yè)化生產(chǎn)要求。到目前為止，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼制攪拌頭的研究集中在選材、整體熱處理和對(duì)攪拌頭形狀尺寸優(yōu)化等方面，而對(duì)攪拌頭進(jìn)行表面改性的研究報(bào)道較少。

通過(guò)離子滲氮對(duì)工模具鋼進(jìn)行表面改性，可以在鋼的表面形成滲碳物層，能顯著提高鋼的表面耐磨性和紅硬性，且成本較低。因此，離子滲氮可能成為制造成本低、高性能、長(zhǎng)壽命的攪拌頭的有效手段。遼寧石油化工大學(xué)金屬材料工程系的研究者研究了離子滲氮溫度對(duì)W9Mo3Cr4V鋼攪拌頭組織和性能的影響，以期為制備高硬度耐磨的氮化層攪拌頭提供參考。

采用W9Mo3Cr4V鋼為攪拌頭材料，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）為C0.810，Si0.350，Mn0.310，P0.021，S0.016，W8.690，Mo2.840，Cr3.990，V1.380，Ni0.140，Cu0.130，F(xiàn)e余量。

根據(jù)熱處理手冊(cè)，對(duì)W9Mo3Cr4V鋼先進(jìn)行850℃預(yù)熱10min，再加熱到1220℃保溫15min，隨后油冷的淬火熱處理，再進(jìn)行560℃/2h下2次回火熱處理。W9Mo3Cr4V鋼回火后的顯微組織為回火馬氏體和均勻分布的顆粒狀碳化物，硬度為61.5HRC。對(duì)經(jīng)淬火和回火后的W9Mo3Cr4V鋼進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，其沖擊韌性為31J/cm2，可滿足攪拌頭的沖擊韌性要求。研究結(jié)果表明：

（1）W9Mo3Cr4V鋼隨滲氮溫度增加，滲氮層厚度呈逐漸增加的趨勢(shì)。