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1、45鋼多元共滲和高頻淬火復(fù)合強化處理后硬度研究 摘要：經(jīng)多元共滲及高頻淬火后的45鋼表面形成均勻滲層。文中對各種工藝下的實驗結(jié)果進(jìn)行分析，利用顯微硬度儀（MHS）及掃描電鏡（SEM）分析其硬度變化。重點研究溫度和時間變化對處理前后性能的影響，以找到相對的最佳工藝。關(guān)鍵詞：多元共滲，高頻淬火，45，顯微硬度中圖分類號：G353.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：引言優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼由于具有較好的塑性和韌性在實際中應(yīng)用十分廣泛，但其硬度較低，耐磨性較差，而且其耐腐蝕性也不夠理想。本文主要介紹了利用低溫氣體多元共滲和高頻淬火復(fù)合強化
2、技術(shù),在45鋼表面進(jìn)行低溫氣體C,N,O多元共滲以提高碳鋼表面硬度。使碳鋼在生產(chǎn)中的使用范圍擴大。提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)省材料、節(jié)約能源，對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有十分重要的意義。實驗材料本實驗設(shè)備采用西南交通大學(xué)研制的低溫氣體多元滲金屬爐。將含有多種元素的氣體介質(zhì)和催化劑通入爐內(nèi),其中主要含有碳、氮、氧等多種元素,經(jīng)過一段時間保溫5,在催化劑的作用下可在鋼材表面快速形成一定厚度的含多種元素的合金滲層。實驗用料選用45鋼。經(jīng)機加工成一定尺寸的試樣,在低溫氣體多元共滲金屬爐中進(jìn)行碳氮氧多元共滲后進(jìn)行高頻淬火處理,經(jīng)不同加熱溫度、加
3、熱時間和添加劑流量,得到不同厚度的表面滲層和不同的表面硬度,并將處理后的樣品加工成標(biāo)準(zhǔn)金相試樣,在掃描電鏡下觀察截面形貌,在HMV-1T維氏顯微硬度計上測量其顯微硬度值,載荷為50g,加載時間10s,幾種典型的工藝方案見表1[1]。表1試樣加工工藝編號實驗內(nèi)容與方法利用HMV-1T型數(shù)字式智能顯微硬度計,對試樣表面的硬度進(jìn)行檢測，記錄下不同工藝情況下的硬度數(shù)據(jù)，然后對不同的工藝的硬度進(jìn)行比較。對結(jié)果進(jìn)行分析。2.1測試方法1）實驗前的準(zhǔn)備工作包括：安裝物鏡、螺旋測微目鏡及壓頭；檢查并調(diào)整壓痕中心與視場中心重合；載荷機構(gòu)的
4、調(diào)整等。2）試樣經(jīng)加載，卸載，轉(zhuǎn)動載物臺，在目鏡中可觀察到顯微硬度的壓痕。3）用螺旋測微目鏡測定壓痕對角線的長度。5測量時，首先移動工作臺，使試樣壓痕的左面兩邊與十字交叉線的右半邊重合，記下測微鼓輪的指示數(shù)；然后轉(zhuǎn)動鼓輪十字交叉線的左半邊與壓痕的右面兩邊重合，記下測微鼓輪上的讀數(shù)，兩數(shù)之差為壓痕對角線相對應(yīng)的格數(shù)。然后再乘以鼓輪刻度值（放大485倍時每格為0.3μm）即得到壓痕對角線長度。一般是測兩條相互垂直的對角線的長度取平均值作為壓痕對角線的長度d[2]。2.2注意事項1）硬度計本身會產(chǎn)生兩種誤差：一是其零件的變形、
5、移動造成的誤差；二是硬度參數(shù)超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)所造成的誤差。對第二種誤差，在測量前需要用標(biāo)準(zhǔn)塊對硬度計進(jìn)行校準(zhǔn)。2）在更換壓頭或砧座時，注意接觸部位要擦干凈。換好后，要用一定硬度的鋼樣測試幾次，直到連續(xù)兩次所得硬度值相同為止。目的是使壓頭或砧座與實驗機接觸部分壓緊，接觸良好，以免影響試驗結(jié)果得準(zhǔn)確性。3）硬度計調(diào)整后，開始測量硬度時，第一個測試點不用。因怕試樣與砧座接觸不好測得的值不準(zhǔn)確。待第一點測試完，硬度計處于正常運行狀態(tài)后再對試樣進(jìn)行正式測試，記錄測得的硬度值。4）在試件允許的情況下，一般選不同部位至少測量三個硬度值，取
6、平均值作為試件的硬度值。對形狀復(fù)雜的試樣要采用相應(yīng)形狀的墊塊，固定后方可測試。對圓試件一般要放在V型槽中測試。55）加載前要檢查加載手柄是否放在卸載位，加載時動作要輕穩(wěn)，不要用力太猛。加載完畢，加載手柄應(yīng)放在卸載位置，以免儀器長期處于負(fù)荷狀態(tài)，發(fā)生塑性變形，影響測量精確度。3測量結(jié)果與分析鑒于客觀條件的限制，所進(jìn)行的工藝種類有限，故只能根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行定性分析,再結(jié)合以往經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)。3.1測量結(jié)果表2SA系列硬度值圖1SA1在500倍時顯微照片圖2SA2在500倍時顯微照片圖3SA3在500倍時顯微照片圖4SA4
7、在500倍時顯微照片3.2結(jié)果分析：5由以上的圖表可以看出自始至終試樣的硬度都是非常大的，而且?guī)缀醵荚?00以上。其中前四個試樣分別是在590℃、610℃、630℃、650℃溫度的多元共滲加高頻淬火處理，最后一種是經(jīng)690℃1.5h+630℃0.5h的兩段滲后再高頻淬火處理。在這些試樣中均不能看到有明顯的分層現(xiàn)象，原因是經(jīng)過淬火后材料的組織發(fā)生了顯著變化。比較前四個試樣發(fā)現(xiàn)SA4處理的效果更好，滲層硬度最大。硬度值大約分布于800附近，SA1測量值大約分布于750-800之間，比較可以看出SA3的硬度最小。本組試樣經(jīng)兩段
8、滲加淬火處理后的硬度在所有這一系列中是最小的，則說明應(yīng)該選擇效果更好的單段滲工藝，因為經(jīng)過了淬火處理，所以多元共滲的溫度對結(jié)果影響不是十分明顯。但是在需要確定高精密度的情況下也不能忽略溫度因素的影響?？赡芤稽c的誤差會導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果。結(jié)論(1)經(jīng)氣體多元共滲與高頻淬火復(fù)合強化處理后,45鋼表面形成一定厚度的滲層,材
