38CrMoAl钢负压感应快速渗氮工艺及性能

38CrMoAl钢是一种典型的渗氮钢，具有良好的热加工性、淬透性和力学性能，且经过渗氮处理后的零件表面硬度、耐磨性、耐蚀性都会得到提高，被广泛应用在对零件综合性能要求较高的场合。如空气压缩机、重型机械轴、蜗杆、齿轮、曲轴、机床主轴等。目前，主流的渗氮技术包括真空脉冲渗氮、盐浴渗氮、离子渗氮、激光渗氮、PVD（物理气相沉积）法等，但上述渗氮方法不同程度地存在生产效率低、设备成本高、能耗大、工艺复杂等缺点，而且渗氮硬化层的有效深度浅，次表层的硬度下降快，易发生脱落，降低了渗氮零件的使用寿命。为此，贵州大学的研究者提出了将感应加热技术与真空脉冲渗氮结合起来的一种新型渗氮方法。利用感应加热快速升温到预定温度后，在通入氨气形成负压和抽气形成真空压力脉冲循环下对38CrMoAl钢进行表面渗氮强化，达到快速提高材料的硬度、耐磨性和耐蚀性的目的。 实验材料为38CrMoAl钢，试样规格为Φ15mm×5mm的圆柱形。实验前先对表面进行打磨抛光处理，用无水乙醇清洁表面后吹干待用。试验采用自行研制的负压感应快速渗氮装置，主要包括：供气系统、加热系统、真空系统、监测系统、控制系统。试验过程中控制试样表面温度为560℃，渗氮时间1h，渗氮压力分别为-60、-45、-30和-15kPa。渗氮时，首先将真空管抽真空，并用高纯氩气进行2～3次洗气以排除空气和其他气体。再利用高频加热装置将试样温度迅速升高到560℃，通过控制感应电流保持温度恒定。然后，向真空管内充入预设压力的高纯氨气，充气10min，再进行抽气脉冲循环5min，最后将试样加热1h后至室温。实验结果表明： （1）38CrMoAl钢经感应渗氮后渗氮外表面平整度高，白亮层与扩散层由针状过渡层连接且结合紧密，随着渗氮压力的增加，N元素的扩散深度随之增加。 （2）随着渗氮压力升高，38CrMoAl钢表层硬度先提高后下降，渗氮压力为-30kPa时达到最高硬度和最深有效硬化层。 （3）随着渗氮压力增加，38CrMoAl钢耐磨性先提高后下降，渗氮压力分别为-30kPa和-45kPa时耐磨性可提高近5倍。 （4）在渗氮压力-45kPa时试样自腐蚀电位略有降低，-60、-30、-15kPa时试样的自腐蚀电位均有不同程度提高。4种压力条件下获得自腐蚀电流均显著降低，表明耐蚀性明显提高。