马氏体不锈钢表面强化技术研究

2017-07-19 11:47王浩宗晓明
科技资讯 2017年17期
关键词:组织性能

王浩 宗晓明

摘 要:马氏体表面硬度较低是制约其应用的重要因素。该研究将渗碳技术应用于马氏体不锈钢,并初步研究了该处理工艺下渗层和基体组织的性能。结果表明,经渗碳处理后马氏体不锈钢表面硬度获得大幅度提高,该处理工艺对基体组织的影响较小,基体硬度有所降低,但仍保持了马氏体不锈钢高硬度的特点。

关键词:马氏体不锈钢 渗碳 渗层 组织 性能

中图分类号:TG156 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2017)06(b)-0094-02

马氏体不锈钢以其良好的耐腐蚀特性在航天轴承领域应用广泛,但其硬度較常用的轴承钢GCr15低,对其耐磨性和使用寿命造成不利影响。近年来的研究发现,将不锈钢在低于500 ℃下进行渗氮和渗碳处理时,可得到含氮或含碳的固溶体和扩散层,即S相渗层,不仅提高了不锈钢的表面硬度,而且还提高了不锈钢的耐腐蚀性。该文对具有代表性的G95Cr18马氏体不锈钢低温渗碳处理的组织和性能进行了试验研究。

1 试样及试验方法

1.1 试样

试验材料为G95Cr18马氏体不锈钢,其化学成分为C(0.98)、Si(0.4)、Mn(0.5)、S(0.02)、P(0.01)、Cr(17.8)、Fe(其余),试样尺寸20 mm×10 mm×8 mm。试样表面经过粗磨、精磨、研磨,粗糙度达到Ra 0.2 mm,直线度达到0.002 mm,试验前,对试样进行去油、去污处理,然后用酒精将工件擦拭干净。

1.2 试验方法

试验在自制的保温式多功能化学热处理低温渗碳炉内进行,不锈钢低温渗碳工艺流程及工艺参数如图1所示,活化工艺是为了增加铁基体表面活性。

2 结果与分析

2.1 G95Cr18马氏体不锈钢渗碳层微观形貌

图2所示为G95Cr18马氏体不锈钢经低温渗碳处理后的断面的微观形貌图,由图2可知,试样表面产生了明显的白亮层,且渗层组织致密,经苦味酸酒精溶液腐蚀后,可看到明显渗层,渗层中无孔洞、裂纹等缺陷,经测量,表面白亮层的厚度为10~15μm。

2.2 渗层硬度分析

图3所示为经低温渗碳处理后G95Cr18马氏体不锈钢从表面到基体的维氏硬度分布,从图3可以得知,试样最表面硬度为1 700HV,距表面5μm处硬度为1 610HV,距表面10 μm处硬度为1 420HV,由此可知,渗层硬度是呈梯度分布的。

2.3 低温渗碳处理前后基体组织与硬度变化

图4所示为处理前后基体组织金相图,图4(a)为处理前常规回火(160±10 ℃×3 h)马氏体组织,图4(b)为处理后马氏体组织。由于处理温度较低,G95Cr18马氏体不锈钢基体组织在500倍光学显微镜下观察未发生明显变化。经处理后,试样基体组织硬度由60.3HRC下降到57.1HRC,有小幅下降,其原因在于G95Cr18马氏体不锈钢在440 ℃下处理相当于高温回火,马氏体中碳化物析出增多,晶格畸变减小,因此基体硬度略微下降。

2.4 低温强化对直线度及表面粗糙度影响

经低温渗碳处理后,试样直线度略有上升,从0.001 8 mm上升到0.002 5 mm,表面粗糙度由Ra0.18上升到Ra0.30。直线度发生变化,主要由于在440 ℃下保温30 h相当于高温回火,基体组织发生了相变与应力释放;表面粗糙度发生变化,是由于表面有新相产生,在原表面的基础上,生成了过饱和的S相。

3 结论

(1)马氏体不锈钢经低温渗碳处理后,其表面硬度得到显著提高。(2)低温渗碳强化处理对基体组织影响较小,处理后,组织形态与硬度未发生明显变化。(3)低温渗碳处理对试样直线度及表面粗糙度的影响较小,直线度上升了0.7μm,表面粗糙度上升了0.12μm。

参考文献

[1] 李兆光,张人佶,周刚,等.空间飞轮轴承滚道氮离子注入改性工艺研究[J].机械设计与制造,2011(6):92-95.

[2] 王思明,许明恒,周海军.滚动轴承微动磨损研究[J].轴承,2011(4):55-58.

[3] 朱云峰.奥氏体不锈钢低温渗碳技术及渗碳层组织和性能研究[D].武汉:武汉材料保护研究所,2013.

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