38CrMoAl鋼負(fù)壓感應(yīng)快速滲氮工藝及性能

38CrMoAl鋼是一種典型的滲氮鋼，具有良好的熱加工性、淬透性和力學(xué)性能，且經(jīng)過滲氮處理后的零件表面硬度、耐磨性、耐蝕性都會(huì)得到提高，被廣泛應(yīng)用在對(duì)零件綜合性能要求較高的場合。如空氣壓縮機(jī)、重型機(jī)械軸、蝸桿、齒輪、曲軸、機(jī)床主軸等。目前，主流的滲氮技術(shù)包括真空脈沖滲氮、鹽浴滲氮、離子滲氮、激光滲氮、PVD（物理氣相沉積）法等，但上述滲氮方法不同程度地存在生產(chǎn)效率低、設(shè)備成本高、能耗大、工藝復(fù)雜等缺點(diǎn)，而且滲氮硬化層的有效深度淺，次表層的硬度下降快，易發(fā)生脫落，降低了滲氮零件的使用壽命。為此，貴州大學(xué)的研究者提出了將感應(yīng)加熱技術(shù)與真空脈沖滲氮結(jié)合起來的一種新型滲氮方法。利用感應(yīng)加熱快速升溫到預(yù)定溫度后，在通入氨氣形成負(fù)壓和抽氣形成真空壓力脈沖循環(huán)下對(duì)38CrMoAl鋼進(jìn)行表面滲氮強(qiáng)化，達(dá)到快速提高材料的硬度、耐磨性和耐蝕性的目的。

實(shí)驗(yàn)材料為38CrMoAl鋼，試樣規(guī)格為Φ15mm×5mm的圓柱形。實(shí)驗(yàn)前先對(duì)表面進(jìn)行打磨拋光處理，用無水乙醇清潔表面后吹干待用。試驗(yàn)采用自行研制的負(fù)壓感應(yīng)快速滲氮裝置，主要包括：供氣系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。試驗(yàn)過程中控制試樣表面溫度為560℃，滲氮時(shí)間1h，滲氮壓力分別為-60、-45、-30和-15kPa。滲氮時(shí)，首先將真空管抽真空，并用高純氬氣進(jìn)行2～3次洗氣以排除空氣和其他氣體。再利用高頻加熱裝置將試樣溫度迅速升高到560℃，通過控制感應(yīng)電流保持溫度恒定。然后，向真空管內(nèi)充入預(yù)設(shè)壓力的高純氨氣，充氣10min，再進(jìn)行抽氣脈沖循環(huán)5min，最后將試樣加熱1h后至室溫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）38CrMoAl鋼經(jīng)感應(yīng)滲氮后滲氮外表面平整度高，白亮層與擴(kuò)散層由針狀過渡層連接且結(jié)合緊密，隨著滲氮壓力的增加，N元素的擴(kuò)散深度隨之增加。

（2）隨著滲氮壓力升高，38CrMoAl鋼表層硬度先提高后下降，滲氮壓力為-30kPa時(shí)達(dá)到最高硬度和最深有效硬化層。

（3）隨著滲氮壓力增加，38CrMoAl鋼耐磨性先提高后下降，滲氮壓力分別為-30kPa和-45kPa時(shí)耐磨性可提高近5倍。

（4）在滲氮壓力-45kPa時(shí)試樣自腐蝕電位略有降低，-60、-30、-15kPa時(shí)試樣的自腐蝕電位均有不同程度提高。4種壓力條件下獲得自腐蝕電流均顯著降低，表明耐蝕性明顯提高。

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