深層滲氮硬化技術與時效硬化滲氮鋼

滲氮件質量與深層滲氮硬化技術，指出實現有效控制滲氮質量，確保強韌性滲氮件。正確選用滲氮基體材料，才可有效發揮滲氮強化效果。開發時效硬化滲氮鋼和研制深層滲氮硬化技術是挖掘滲氮潛力，提高滲氮件承載能力，拓寬滲氮應用范圍，實現重載齒輪和重載耐磨件滲氮工業應用的關鍵。

控制滲氮件質量的三層理念

滲氮技術的發展，針對滲氮質量應更新觀念，若孤立地控制滲氮層硬度和層深，則限制了滲氮技術的全面發展。

為此，我們提出了滲氮質量的三層理念，即化合物層、擴散層和基體。綜合控制化合物層、擴散層和基體，充分發揮每一層的有利作用，實現有效控制滲氮質量，獲得強韌性滲氮件，向產品發展。

針對零件不同的服役條件，滲氮零件除了正確選用基體材料外，必須綜合考慮滲氮化合物層、擴散層和基體強韌性的合理配置，滿足滲氮零件對性能的要求（耐磨性、抗疲勞性、耐蝕性、強韌性），充分發揮不同滲氮方法（氣體滲氮、離子滲氮、真空滲氮、鹽浴滲氮等）自有的優勢，把三層理念充分運用到制定滲氮工藝中，提出了淺層滲氮、深層滲氮和深層滲氮硬化工藝，無化合物層、無脈狀組織、韌性化合物層等特種滲氮工藝，以及快速滲氮、催滲滲氮、多元共滲和復合處理等工藝。

三層理念還涉及對基體強韌性的認識，正確選用滲氮工件材料，對充分發揮滲氮件性能優勢和制定合理滲氮工藝至關重要。

深層滲氮硬化工藝

滲氮技術可以在處理工件微變形條件下，實現顯著提高工件表面硬度、耐磨性、疲勞強度和耐磨性，但是相對滲碳技術而言，滲氮層薄，基體硬度低，俗稱“蛋殼”現象，嚴重限制了滲氮技術和應用范圍。

淺層滲氮次表層強化不足，僅適用于輕載和以耐磨為主的服役條件。

為了適應滲氮技術在重載耐磨和復雜應力條件下的應用，我們研制了深層離子滲氮硬化技術并開發了時效硬化滲氮鋼。

滲氮零件在重載耐磨和重載復雜應力條件下工作時，典型零件如重載齒輪的工作條件，承受接觸應力和疲勞應力，滲氮層次表層承受大的剪切應力，滲氮層剝落和疲勞破壞往往發生在次表層，因此充分強化次表層是滲氮零件能否在重載條件下工作和充分發揮滲氮強化潛力的關鍵。

我們研制的深層滲氮硬化技術包括三個相關條件：滲氮層深0.50mm以上；滲氮表面下0.40mm處硬度大于600HV；滲氮基體硬度大于400~450HV（42~46HRC）。

這項技術的核心是滲氮次表層顯著強化，采用時效硬化滲氮鋼時，可使滲氮基體硬度提高到400~450HV以上。

時效硬化滲氮鋼

研制成功兩種時效硬化鋼，進行了深層滲氮硬化試驗。

開發的時效硬化鋼20CrNi3Mn2Al和20Cr3MnMoV，目的在于實現滲氮件的深層滲氮硬化，挖掘滲氮的潛力，提高滲氮件的承載能力，拓寬滲氮的應用范圍，實現重載齒輪和重載耐磨件滲氮的工業應用。

這種時效硬化鋼的時效硬化峰值溫度為520~560℃，適合于將滲氮和時效兩個工序合并，實現滲氮硬化和時效硬化同時完成。但是，滲氮硬化的擴散過程和時效硬化的沉淀硬化過程，兩者時效因子不同，相互產生影響。經過試驗，開發了一種變溫離子滲氮工藝，優先實現滲氮的深層擴散硬化，同時兼顧基體時效硬化，實現了深層滲氮硬化的目的。

時效硬化鋼采用變溫離子滲氮工藝，實現了深層滲氮時效硬化、深層擴散和基體強化。20CrNi3Mn2Al鋼和20Cr3MnMoV鋼空冷固溶處理后，硬度分別為33~36HRC、40~44HRC；經過520~540℃×50h深層離子滲氮處理后滲氮表面硬度大于1000HV1，滲氮層深分別為0.75mm、0.60mm；滲氮表面下0.4mm處硬度分別達到652HV0.1、748HV0.1，滲氮基體硬度分別為431HV0.1（44.5HRC）、488HV0.1（48.5HRC）。

上述時效硬化鋼可分別用于制造高性能滲氮齒輪和重載耐磨件（包括模具），開辟了提高滲氮件性能和擴大滲氮工藝應用的新途徑。新鋼種工藝和應用研究還有許多工作待完成，新鋼種成本還較高，需要深入開發適合不同應用場合的系列滲氮鋼和新時效硬化鋼。

深層滲氮硬化技術與時效硬化滲氮鋼

結語

開發時效硬化滲氮鋼是研制深層滲氮硬化技術的基礎。實現深層滲氮硬化是挖掘滲氮潛力，提高滲氮件承載能力，拓寬滲氮應用范圍，實現重載齒輪和重載耐磨件滲氮工業應用的關鍵。