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工件(jian)經QPQ處(chu)理(li)后，最(zui)終形成(cheng)的(de)滲(shen)(shen)層深度、致密度、均勻(yun)度不(bu)僅(jin)和鹽浴(yu)狀態、工藝相關，還和工件(jian)材(cai)料(liao)本身密切相關，比如工件(jian)組織的(de)晶(jing)粒度級(ji)別、前熱處(chu)理(li)狀態、應(ying)力殘留情況、表面(mian)(mian)粗(cu)糙度大小(xiao)、切削液殘留、表面(mian)(mian)清潔度都會對(dui)滲(shen)(shen)層的(de)形成(cheng)造成(cheng)影響。本期以38CrMoAl材(cai)料(liao)為(wei)例，介紹(shao)表面(mian)(mian)粗(cu)糙度對(dui)滲(shen)(shen)層組織和性能的(de)影響。下(xia)圖是用38CrMoAl材料(liao)制作的零(ling)件。

38CrMoAl鋼(gang)是(shi)一種中碳合(he)金滲氮鋼(gang)，具有優良的滲氮性能，且滲氮層耐磨(mo)、耐蝕、疲勞(lao)強度(du)高，以及綜合力學性能(neng)優良等特(te)點，該鋼材在(zai)國防、航(hang)空航(hang)天及民用領域應用廣泛(fan)，常被用來(lai)制備(bei)分(fen)油盤、柱塞、閥門、齒輪(lun)、鏜桿及主(zhu)軸等零部件。為獲得理想的滲氮(dan)零(ling)部(bu)件綜合性能，國內外諸多學者均(jun)進行了很多研究(jiu)。其化學成分見(jian)下表。

對試樣采用930℃保(bao)溫40min油冷＋570～600℃保溫60min水冷調(diao)質(zhi)處理(li)后，采(cai)用(yong)磨(mo)(mo)削加工(gong)或銅棒研磨(mo)(mo)制備(bei)5個級(ji)別(bie)表面粗糙度滲(shen)氮試(shi)樣(yang)，試(shi)樣(yang)表面粗糙度均值為Ra0.38μm、0.62μm、0.90μm、1.46μm及3.24μm，將試樣采用如下工藝進行(xing)QPQ處理后(hou)，再對其性能指標(biao)進行(xing)檢測。

金相組織

通過觀察，不同粗糙度的金相組織深度存在一定差別，組織成分無差別，組織由(you)外表面向(xiang)基體依次(ci)為(wei)白亮(liang)層ε相、擴(kuo)散層γ´相、α´ 相（即含氮馬(ma)氏(shi)體相），以及(ji)基體組成。心部組織為2級“索氏體+少量(liang)鐵素體”，滲(shen)氮(dan)層(ceng)組(zu)織為(wei)4級“滲氮索氏體+半連(lian)續細(xi)網(wang)狀氮化物”。

表面硬(ying)度及脆性級別

不同表面(mian)粗糙(cao)度(du)試樣滲氮后(hou)表面(mian)硬度(du)如圖所示。隨著表面粗糙度均值(zhi)增大滲(shen)氮(dan)層表面硬度略有降低(di)，但(dan)不(bu)顯著(zhu)。

不(bu)同(tong)表面粗糙度試樣滲氮(dan)后表(biao)面脆性級(ji)別如(ru)圖所(suo)示。由(you)圖可見，隨(sui)著表(biao)(biao)面(mian)粗糙度均值增大(da)，滲層表(biao)(biao)面(mian)脆性級別呈降低(di)趨(qu)勢。這說明38CrMoAl鋼(gang)滲氮(dan)層(ceng)表面(mian)硬度及滲氮(dan)層(ceng)表面脆性與(yu)表(biao)面粗糙(cao)度相關。

硬度(du)梯度(du)及滲(shen)層深度(du)

不同表面粗糙(cao)度試樣(yang)滲(shen)氮(dan)層硬(ying)度梯度如圖所示(shi)。表(biao)面粗(cu)糙度均值較大時，滲氮層硬度梯度相對(dui)平緩(huan)，隨(sui)著滲氮層(ceng)深度增加(jia)，硬度不(bu)斷減小并趨于基(ji)體硬度值。

不同表(biao)面(mian)粗(cu)糙度(du)試樣滲氮后滲層深(shen)度(du)如圖所示。隨著(zhu)表(biao)面粗(cu)糙度均值(zhi)增大，滲氮(dan)層的白(bai)亮層(ceng)和擴(kuo)散層(ceng)也對應增厚。這說明滲氮層(ceng)硬(ying)度梯度(du)(du)、滲氮層深度(du)(du)與表面(mian)粗糙度(du)(du)相(xiang)關(guan)，硬度(du)(du)梯度(du)(du)隨(sui)表面粗糙度(du)均(jun)值(zhi)增(zeng)大而趨于平緩，滲氮(dan)層深(shen)度(du)隨(sui)表面粗糙度均值(zhi)增大而加(jia)厚，且當(dang)表(biao)面粗糙度均值(zhi)達到1.46μm后，滲(shen)氮層增厚速(su)率減小且最后趨于穩定，當表(biao)面粗糙度均值達到3.24μm時，滲氮層(ceng)白層(ceng)和擴散層達到最大(da)，分別達到24μm和360.8μm。

表面粗糙度對白層和滲氮層深度的影響(xiang)值(zhi)得(de)關注，在相同滲氮條(tiao)件下，表面粗(cu)糙度越(yue)低，所需滲氮時間越長，一定范(fan)圍內表面粗糙度較大時，具有(you)更高(gao)的滲氮效率(lv)。一方面，適當粗糙的表(biao)面有(you)利于(yu)氰(qing)酸根中分解(jie)出(chu)活性氮原(yuan)子(zi)[N]的吸附；另一方(fang)面，粗糙的表面增大了活性氮(dan)原子[N]與試(shi)樣表面(mian)的(de)接觸面(mian)積，使單位時間能夠吸附更(geng)多的活性氮(dan)原子[N]參與(yu)界面反應。表(biao)面粗糙度較大的表(biao)面在滲氮吸收階段具有(you)較高的(de)吸收能(neng)力，而較高的(de)吸氮(dan)能(neng)力有(you)利于獲得較深的滲氮層(ceng)。