9Cr18不锈钢表面低温渗碳强化技术研究

9Cr18马氏体不锈钢是轴承领域应用最广泛的不锈钢，具有良好的耐蚀性，其淬火硬度（58～60HRC）低于常规轴承钢（60～64HRC）。轴承时效主要发生在工作表面和次表面层，采用合适的工艺对9Cr18不锈钢进行表面强化是提高轴承使用寿命的有效途径。 近年来的研究发现，将不锈钢在低于500℃下进行渗氮或渗碳处理时，可得到含氮或含碳的固溶体和扩散层，氮或碳原子起到了固溶强化的作用，不仅提高了不锈钢的表面硬度，而且增强了耐蚀性。为此，本研究对9Cr18马氏体不锈钢进行低温渗碳处理，并对处理后试样的组织与性能进行试验研究，为低温渗碳技术在不锈钢轴承领域的应用提供借鉴。 试验材料为9Cr18不锈钢，其化学成分（质量分数，%）为：0.95C，0.38Si，0.47Mn，0.015S，0.01P，17.9Cr，Fe余量。试样尺寸10×10×5mm，对试样表面进行粗磨、精磨、研磨加工保证表面粗糙度Ra＜0.2μm，直线度＜0.002mm，试验前用丙酮溶液对试验进行清洗，在乙醇溶液中超声清洗15min。 低温渗碳工艺参数见表1。其中活化工艺是为了增加材料表面活性，消除氧化膜，低温渗碳选择含氯混合气体为预处理气氛，预处理参数设计为在含氯混合气体下，温度达到440℃，保温2h，次数为2次，这样在预处理过程中，多次消除氧化膜，可以防止在低温渗碳初期氧化膜的再生，效果好于1次处理。 表1 低温气体渗碳工艺参数 材料 预吸附 预处理 渗碳处理 时间 （3次）/h 温度/℃ 时间 （2次）/h 温度/℃ 时间/h 温度/℃ 9Cr18 1 300 2 440 48 440   试验后，用金相显微镜观察基体组织；采用扫描电镜进行表面微观组织观察及截面元素分布测试；用维氏硬度计进行显微硬度测试；采用直线度仪对试验前后试样直线度进行测量；采用洛氏硬度计对处理前后基体组织硬度进行测试。结果表明： （1）9Cr18马氏体不锈钢在常规淬回火条件下，经低温渗碳处理后表面硬度得到显著提高，由630HV提高到1700HV。 （2）低温渗碳强化处理对基体组织的影响较小，处理后组织形态与硬度未发生明显变化。 （3）渗层与基体的结合力好，未发生明显剥落，综合性能良好。     （4）低温渗碳处理对试样直线度及表面粗糙度的影响较小。