表面强化铁基粉末冶金材料的表面处理工艺分析

王彦康，王 涛，吕伟龙，李国平，刘增林

（1.山东鲁银新材料科技有限公司技术科，山东 莱芜 271104；2.莱芜职业技术学院，山东 济南 271100；3.北京钢铁研究总院，北京 100083）

近年来工业化生产进程逐步加快，现代化粉末冶金属于各类机械零件制造的专业技术，其具备优质、高效、低能耗、节能性应用特征，适用于诸多大批量零件生产。比如汽车零件生产中，选取锻造、铸造、机械加工等常规方式难以有效成型。即使能成型但也会形成诸多复杂形状的应用零件。现阶段选取粉末冶金技术工艺对各类零件展开生产，能有效提升零件生产精度，优化零件基本性能，对现代化制造业发展经济成效具有重要促进作用。

1 材料烧结后续处理以及表面强化

目前要想全面提升各类铁基粉末冶金材料以及不同部件性能优化，要注重做好烧结之后热处理以及表面强化处理操作，有助于强化冶金材料以及各类部件综合性能。在各类粉末冶金零部件强化处理与零件锻轧中，基本运行原理相同。但是对应的制造技术方法存有一定差异，主要是用于诸多合金以及孔性差异性突出，在强化处理操作中会导致综合性能以及基本构成元素与铸锻材料之间存有一定差异。从研究中能得出，其和全密度碳钢相同，在生产加工中含碳量超出0.4%的铁基粉末冶金材料在整体淬火回火操作中。有助于集中改善表面强度、抗拉强度、疲劳强度、磨损抗力等。但是部分工程部件加工实践中，失效部分主要是集中在次表面以及表层中，当前技术人员要针对性做好氮化处理、渗碳处理、碳氮共渗处理操作，便于全面改善提升铁基粉末冶金材料整体应用性能。

2 铁基烧结材料表面处理相关概述

现阶段摩擦磨损现状发生主要是集中在相对运动的表面，目前表面工程技术规范化运用是全面提升运动表层摩擦性能相对经济的操作方式。现有的表面工程技术应用中分类较多，应用分布较广。主要包含传统的表面机械强化技术，主要涉及到预加应力强化技术、滚压操作、喷丸等。在化学热处理技术运用中，主要涉及到渗氮技术、渗碳技术、渗硼技术等。在表面淬火强化中，要合理运用火焰淬火、感应淬火技术。电镀技术应用中，涉及到化学镀、电镀、刷镀等。近年来随着我国多项科学技术快速发展，薄膜技术应用成效在不断提升，比如离子注入、PVD、CVD以及LB膜等，纳米表面工程技术、复合型表面工程技术、激光表面处理技术等。

在表面工程技术运用中，要注重对各类零部件实施针对性表面以及局部强化处理、修复管控，促使其表面层多项性能全面提升。表层材料应用与制造部件整体材料应用对比来看，其占据面积较小、厚度相对较薄，但是承担着诸多部件应用性能。目前要对表面工程技术合理运用，有助于调节本体材料应用要求，节约更多资源材料损耗。针对性控制材料生产加工成本，提高经济效益、综合生产效益。传统单一化表面工程技术应用中局限性突出，不能有效适应相对严苛的工况生产要求。当前要注重对各类表面工程技术集中整合，突出技术应用协同效应，获取更好的加工成效，集中控制各项技术加工难题。现有的复合表面工程技术应用成效在不断提升，比如热喷涂与刷镀复合、热喷涂与激光重熔复合、化学热处理与电镀复合、表面强化与固体润滑膜复合、非金属材料与金属材料涂层复合、各类多层薄膜技术应用负合等。在铁基烧结材料应用中要注重突出耐磨性以及制造工艺性能，但是受到孔隙影响，材料加工强度、硬度会受到较大限制。当前要注重保障表面工程技术与铁末烧结技术有效融合，这样能有效拓宽表面功能层。促使粉末烧结技术应用领域不断拓宽，对烧结部件整体性能能有效优化。

3 表面强化铁基粉末冶金材料的表面处理工艺应用探究

3.1 渗碳处理

在工业生产加工领域中，对于没有游离石墨材料，其化合碳整体含量为0.10%至0.20%，此类铁基粉末冶金材料运用中能选取固体、气体渗碳法实施有效渗碳处理管控。由于对冶金材料中的盐分难以集中清除，在加工中主要是选取气体渗碳处理，不选用液体渗碳。渗碳操作之后要注重及时对各类部件表面硬度现状进行判定，要确保其能达到800HV之上，这样能有效优化磨粒实际磨损抗力。但是在常规烧结加工状态中，各类材料加工中内部孔隙之间相互对接。渗碳气氛会基于材料表面不同孔隙进入到材料内部环境，会产生诸多突出的硬化层。在分界面组建中会产生诸多残余应力，有助于对其疲劳强度集中改善。所以当前针对不同性能应用部件，铁基粉末冶金材料渗碳处理技术应用成效受限。加上诸多气孔存在，在高温渗碳环境中会产生较大变形现状，限制了技术应用。

3.2 氮化共渗处理

盐浴法在应用中诸多盐元素难以清除，当前粉末冶金材料应用中主要是基于气体氮碳共渗以及气体氮化处理操作。在粉末冶金材料运用中主要是基于气体实施氮化，当气体从诸多气孔中渗入以后将导致其内部产生变形与脆化现状。为了集中优化各项问题，要注重做好离子淡化研究分析。离子出现主要是对内部介质渗入底端的问题实施有效控制，促使硬化层深度得到有效控制，对各类变形问题规范化管控。

3.3 碳氮共渗操作

此项技术操作属于通过改良之后的气体渗氮处理操作，在优化改进中主要是在渗氮气氛气体中引入气体。之后在粉末冶金零件加工表面产生初生态氮，氮与碳在同时扩散中能进入到粉末冶金材料中，有助于产生含有氮元素的渗碳层。和气体渗碳对比，碳氮共渗温度相对较低，主要是出于840至870℃范围内。技术人员在碳氮共渗处理操作中，要注重对硬化层深度规范化控制，将其全面应用在铁基粉末冶金材料表面处理中。从实践操作中能得出，Fe-1.5%材料碳氮共渗弯曲疲劳寿命和氮化锻钢相类似。从生产操作实践中能得出，碳氮共渗能用于耐磨性较高、心部韧性突出的加工部件中。

3.4 表面硬化淬火

粉末冶金材料运用中要注重做好高频感应淬火、激光硬化淬火。其中粉末冶金材料与各类常见的熔铸材料对比，电阻率受到材料密度影响，密度不断降低，电阻率逐步升高，要注重对加热时间合理控制。当前高频感应淬火处理技术应用中主要是用于各类工业粉末冶金齿轮加工处理，集中改善接触疲劳性能、提升耐磨属性。在高频感应淬火操作中，在加工中感应加热表面热处理操作应用范围较广，是属于综合发展较快的表面热处理技术。此项加工主要是处于交变磁场中，零件通过自身产生热量实施有效加热，对应的热损失较少。因此，加热速率较快，整体热效率偏高。实际热处理成效较好，当加热时间较短，各类零件会没有氧化以及脱碳情况。加上加工中零件中心位置在低温环境中，对应强度较高，所以相应的淬火变形系数偏小。目前要注重选取感应淬火，这样能保障零件表面加工中获取更高的耐磨性以及硬度值，原有的的中心部保持最合理的塑性与韧度。

3.5 铁基粉末冶金材料激光表面强化处理

激光热处理技术工艺参数主要是激光器输出功率P、扫描速度V、光斑直径d构成，其对硬化层宽度、硬度、深度、机械性能等会产生较大影响。当扫描速度和光斑直径一定，工件表面最大加热时间处于恒定状态。随着激光器输出功率不断增加，对应的硬化层深度也会扩大。主要是由于激光器应用中输出功率不断增大，对应的光斑平均功率密度也会不断增加。随着金属表面吸收能量不断增大，对应的表面温度也会不断提升。在通过金属机体快速热传递中，金属表面中处于相变温度的区域会不断扩大。在现阶段工业生产中，对激光处理工艺可重复性进行调控是全面提升产品质量的重要保障，但是激光淬火与各类传统热处理技术应用相比，能有效控制制热区域以及各类工件变形系数等，通过对激光淬火工艺流程合理控制，能全面提升各类产品生产质量。对原有的工件生产技术工艺有效优化，控制工件生产成本，提升激光淬火处理成效。在材料激光热处理中，全面提升处理表面硬度的主要原因是受到马氏体高位错密度以及固溶含碳量影响。

现阶段诸多成分铁基粉末冶金材料在处理中通过宽带激光表面淬火处理，对应的硬度值能全面提升。铁基粉末冶金材料硬度从淬火前到淬火后硬度能有效提升3倍左右，诸多合金元素中Cr含量不断增加会导致实际硬化深度不断递增。在激光表面处理中，实际热效率较高、加热速率较快，加上对应的加热范围偏小，很难产生裂缝等问题。在激光硬化中，激光与各类材料之间会产生相互作用。能基于激光辐射强度以及持续时间进行阶段划分。加工材料受到激光辐射之后会产生晶格畸变，有助于强化硬化成效。激光表面淬火主要是基于激光对材料实施辐射，这样能促使材料表面加工能以最快速率进行温度加热，之后再基于材料自身导热属性实施快速冷却。此类快速加热以及快速冷却特征，能保障加热区域组织结构产生诸多变化，有助于优化加热性能。目前表面淬火操作与材料生产之间处于热循环关系，基于激光功率控制、功率密度划分、激光作用时间参数控制，能有效优化控制热循环，有助于提升材料表面淬火、退火技术工艺应用成效。

4 结语

综合上述，铁基粉末冶金材料密度级别对其机械性能以及应用性能会产生较大影响，现阶段要注重做好抗磨抗粘结力优化，提升密度级别的同时有助于优化烧结材料整体性能。在处理过程中能规范化运用各项技术，比如在激光淬火技术处理中。各项操作对激光淬火要求较高，片面应用输出功率较高的二氧化碳激光设备，对铁基材料实施热处理难度较高。在现代化工业生产中，对激光处理技术工艺规范化运用是提升生产质量的重要基础。激光淬火技术应用与传统热处理应用对比，能精确化控制热处理区域各项变形问题。