软氮化处理对钢的耐磨性的影响武汉工学院摘婆了比较。
陈铁群,
本文评述了各种软氮化处理对钢的耐磨性,
其中主要是对耐磨粒磨损,,
、
咬合磨损和微动磨损以及耐腐蚀性的影响显然,
在某些情况下
还与其它处理的结果作
对不同磨损机理起主导作用的应用场合而言
本文评述的结果可为。
其选择一种比较合理的表面处理工艺提供有实际意义的实验依据磨损是工程构件中最常见的损坏形式之一,
损抗力以及抗疲劳性了一
等人
〔〕研究一
也是决定机械零件。
,
以至机器寿命的一、
吸热型气体软氮化以及
厂
个重要因素
尤其是在发动机。
精密机床以磨损问题就
混合气体软化改善钢的摩擦性能“〔〕的研究工作则更为广泛和深入,
及液压机械等的紧公差构件中显得更为突出和重要
,
他研
究了低碳钢,
、
中碳钢和中低碳合金钢经数种,
约对普通工业磨损的调查结果〔表明磨
软氮化处理后的耐磨性据即引自该文显然理,,。
并与氰化盐浴渗碳,
粒磨损约占损占,
,
粘着磨损占。
微动磨
和未处理钢的性能作了比较
本文的主要数
其它磨损占
可见
,
磨粒磨。
损和粘着磨损所占的比例是相当大的然而
,
即便是同类钢经过同一软氮化处,。
磨损是一种非常复杂的过程劣,
,
磨损性能的优、
在不同磨损机理起主导作用的情况’因此,
不但决定于零件磨损表面的微观结构,。
其磨损抗力也不会是相同的的耐磨性。
以’洛一
成分以及硬度等因素
而且决定于外加载荷
分述软氮化处理以改善钢在不同磨损机理
以及环境条件的苛刻程度
更何况
,
工程构
件在其整个磨损过程中
,
通常不是由单一的
磨损机理起作用关的机理。
,
它往往包含若干种迭加相要想确定某种表面处理钢,
一
、
磨粒磨损。
因此。
,
廓粒磨损是零件表面嵌有硬质粒子时所引起的磨损。、
在某一磨损机理下的耐磨性可想而知的
其困难程度是,
〔幻
提出用相对磨损
抗力软氮乙,。
随着盐浴成分或气氛组成的改进化的应用已日趋广泛
关于软氮化处理能提“一
二飞二石几下不石兀几
标准材料的线性磨损砚厂石丁蔽
石丁
城拉材料阴我任增坝来衡量磨损特性。
高零件的耐磨性介质不同,
尤其是抗咬合性的问题〔〕,
由于标准材料的硬度相当。
国内曾有过许多报道
尽管采用的处理,
低
,
所以
通常大于,
由上式可知,
,
试验值则,
被处理的材质也多种多样。
但一〔〕研
材料的表面硬度越高线性磨损越小越大即,。
般都获得了这一效果
至于在国外。
,
也有过
与试验材料的硬度成正比当然
许多关于这方面的专门研究
究了
一种加硫的的软氮化、
处理微动磨
也与表层显微组织等因素有笨,〔。〕认为材料的相对磨损抗力
不但
改善黑色金属的咬合抗力
耐磨性
、
与试验材料的表面硬度有关
,
而且与磨料的
硬度有关
。
仅当
相当于
。
钢
,
经不同工艺处理的二氧化硅表示加硫的℃,
材料表面的硬度磨料的硬度时,
磨损重量损失的水基砂浆试验如图
采用每升水含。
图中,
,
磨损抗力才有明显的改善,
但
低氰化物盐浴软氮化处理时间为分钟,
处理温度为
若善。
则磨损抗力也没有明显的改
表示不加硫的低
氰化物盐浴软氮化间为温度为忆刃竺
处理温度为表示气态软氮化,
,
时
分钟℃,,
处理的
时间为,“
小时
在密封淬火
炉内进行
则表示处理温度为
户彩哄擂截嘴平匀和
一一侣猫棍
‘
常规氰化盐浴渗碳经处理的钱言提姐。
为未经上述任何一种以下称为未
表面化学热处理工艺处理的钢由图可以看出
经氰化盐浴渗碳的
磨损抗力明显高于各种软氮化处理的砍略,
由于其硬化深度大,,
达,,
,
故直
呀沙奥之金方料鱿西度密勒
众
〔
至试样的较深处仍是如此理中
在三种软氮化处
图
金属与磨料的硬度比与相对磨损抗力的关系
的耐磨性最差
据认为
,
这是因
处理所得到的化合物层较为疏松的缘故
气态软氮化的由上述结论看来说来代,
耐磨性一般均比液体高些。
,
在磨粒磨损中
,
决定一般
软化的
,
和
文献〔〕的作
磨损率大小的主要因素乃是相对硬度,
。
软氮化处理的表面硬度总是低于渗,
据此
只要。
,
少。
,
那么,
,
前者的磨已由文献
今一一口
神砚
吕之协
损抗力必定低于后者〔〕到证实得
这一点。
卜一口‘一
一口
口材
奋
‘
一
门
喃
州
月一尸尸尸砂二二口理竺二二卜
图
示出了经软氮化和氰化图为冷拉态的拍户尸,
书
盐浴渗碳后硬度分布曲线钢相当于钢相当钢强度极限为钢、
正火态的改
以及经淬火并回火到抗拉。
。
。
的
钢
廖幸弃,口
,
“
、
…
、
、
、
一一进壑
电
一
一甸
牡图。入
,
产图
钢的硬度梯度曲线
磨粒磨损试验结果
者指出
,
当处理温度相同时
,
气体软氮化的。
化合物层较液体软氮化的致密
,
文献〔〕的。
刀肋闷祠
结果也证实了这一点表面硬度的提高此可以预料,,
这也许是气体软氮化随着。
的耐磨性高于液体软氮化的一种解释
磨粒磨损率降低但应注意,
,
这是得由
到普遍承认的事实去,
》
一旦表面的硬质化合物层被磨。
,‘
户‘。,
。、
软氮化处理件的磨损率就显著增加令人感兴趣的是图,
令侧卿咖价布芝篇聋一
’“‘、‘““’
””’
、
兰尸
中未经处理的三之‘一叫
种钢
其磨损抗力与软氮化的结果大致相,
当
。
据分析
这是因为未处理钢的表面在试,
份峰一
洲芬一式一一一一
十
二二宾二二牛一一一勺。
三’
‘”’
。叼
…
验过程中发生变化
使得硬度升高的缘故在磨损过程中协
。
硬度测量的实际结果表明最大硬化深度达在摩擦过程中,
,
一竺比厂…
未经处理钢的磨损面上的硬度增大约林,
倍。
,
一般则在
之内
声千三鉴墓二笺二买公川。
一—兰一阳一一
一
一一一一一
一一万
叫‘
卜’
一一一一
一
一印
”
扣“。知
‘于一一一一诩
引起表面硬度增加的可最外层表面出现相变或。
比
能原因有应变硬化
、
磨损面上嵌进了磨屑等直接观察出现了,
通过对试样截面的
证明未经处理的林
钢表面且所有未经处理,
的应变硬化
,
补一一一一川
公一止一潇一一一一一一一书一
一
’
钢的表面上均嵌有二氧化硅粒子
软氮化试
一”一,
样表面嵌入的粒子既较小也较少表面则未嵌有这种粒子。
,
渗碳试样
图
有润滑的咬合礴损试验结果
各种钢
,
其磨损抗力均比未经处理的得到了。
二
、
咬合磨损,
很大的改善
软氮化处理后。
几乎所有试验处理的,
钢的磨损率均小于渗碳的
咬合磨损也称为第一类粘着磨损零件表面缺乏完整的油膜。
这是
人
钢
,
其磨损率之所以较高,
大抵与其化。
,
或油膜破裂时钢
合物层较为疏松有关咬合磨损率较高也有人〔〕认为
至于说液体软氮化的不过,,
表面发生相互摩擦而引起金属严重损耗的一
其原因盖出于此
种磨损在服役过程中使零件表面形成完整,
在一定的摩擦力作用卜,
的油膜以抵抗咬合磨损
,
这固然是一个不可,
由于疏松化合物层的孔隙处有积油。
反而有,‘
缺少的手段
,
但是“
,
从实质上说”
在金属表,
利于提高多孔化合物层的耐磨性遗憾的是所得出的结果。
面上形成一种
天然的。
抗咬合化合物层,
作者并未指明这是在哪一种磨损机理作用卜文献〔〕作者观察到有些渗碳试样的迹,,
才是最根本的措施
关于软氮化对抗咬合能力的改善外做了许多研究工作,
国内。
图
所示即为一例
虽然在磨损的早期阶段形成了轻微的咬合痕
图中示出了数种钢经各种表面处理后在有润
但随后又愈合了钢
。
可以想象
,
这种自愈。
滑条件下的咬合磨损试验结果钢相当于同前。
其中的包括渗碳
合现象与试样表面的冶金学变化有关碳处理的观截面,
经沁
钢
,
其它的符号意义及材料的
在有润滑磨损后的似
显然经过表面处理
,
即发现有试验过程就已形成的表而
再结晶白亮层深,
无润滑时。
,
这种白亮层更,
占支配地位的是如和
￡
相。
,
那么
,
少量其它相也不会对抗咬
其显微硬度为
这是典型马,
的存在
,
氏体白亮层的硬度值
尽管对白亮层的形成但据认为,,
合能力有明显影响
及成分还有某些不确定的因素渗碳中所形成的残留奥氏体很高的熔化温度后,
,〔〕认为
在有润滑的条件下。
,
或摩擦面达到
使用软的层,
、
几乎无相溶倾向的不同金属复
整个试样又快速冷却时,
能有效地抵抗粘着磨损,,
在无润滑或润对钢件
所形成的残留奥氏体验时上,
由于试验过程中的应。
滑不足的情况下而言
较高的表面硬度
变硬化而发生马氏体相变
如果服役
或试
高于。
对于抵抗粘着磨损一
条件并非苛刻到足以引起这种表面变化
般是有利的
常
规渗碳的抗咬合能力会比上述实验值。
差些,
在被磨损的软氮化试样的微观截面。
三
、
微动磨损。
则无证据表明发生了冶金学上的变化等人〔〕出指
微动磨损是由一定振幅和频率的振动所引起的一种磨损是由两个外径为圆盘所组成,。
经℃,
一时间
〔〕曾用。
振动
种加硫的软氮化为钢,
,
处理温度为钢
台架来测定材料的微动磨损抗力、
振动台架的推力
小时
处理的,
相当于
内径为
其抗咬合能力比常规碳氮共渗有显著提在试验中,,
并在无润滑的情况下施以其中一个圆盘以弧度图,。
高
。
常规碳氮共渗试样出现严重而经,
的轴向载荷定频率振动,
的固
的咬合
并最后出现咬死
处
振幅为
磨屑则可
理的试样
虽然由于试验中的高载荷和摩擦
嵌入两个圆盘之间
即为各种软氮化处
热使得表面出现塑性流变损伤,
但并未出现表面
相反地
,
先前形成的疏松层在高载荷。
下变得更为密实在有润滑时,
软氮化处理也改善了材料的摩擦系数经各种软氮化也包括渗碳,
。
处理的钢理钢为,
,
其摩擦系数为。
未处
拼印
彭阶然淤今臭令伙性二
卜月
、
月‘
在无润滑时一,
,
前者为
后者为
。
应当指出的是
绝大多数研究者都认
为
,
加硫的软氮化,
或称硫氰共渗但,。
使化合、
分安玲水公
物层表面出现死抗力〔,
而提高了材料的咬合咬‘
〕
。
〔〕的实验
结果却否定了这一点认为而言,
或是在其结果中还有等人〔〕还
一些未定因素尚待研究,
对软氮化和氮化所得到的
化合物层,
熏凝豁熬彩日夯苏汁淤癫卜
阶妇习
尹
矛,
彩夕
、
火
资酥箕汉资“
舀‘已
到冲州
其摩擦性能的改善不受￡
特别是耐磨损和抗咬合
默黔茹
性能
层中存在的碳的影响,
口实的生报长防
如欲获得优良的抗咬合能力深度林
只需形成
￡
化
口以
合物层并保证得到一个最低限度的化合物层即可。
此外
,
只要化合物层内
图
微动磨损试验结果
理钢
也包括渗碳钢和未经处理。
的磨损试,
验结果
钢是一种高铬耐蚀钢 C r17 N iZ钢 )5 8 0。
,
相当于我国的
由图。
可见
,
与未经处理钢相比,
经过
表
5 8钢试样在不同腐蚀条件下的重里损失 0重
表面处理的各种钢
其耐磨性一般可提高! 、 0 8 o M
倍0 4
其中有三种钢。
量损火
(m l。*
代/卜
。 l m
“
天)
腐蚀””“介质例一
}{
和 0 5 M 1 0渗碳后的微动磨损率均小于各 4 )
”“加回“
种软氮化处理的
据分析
,
这是因为微动磨。
大“%
气N aC‘
一损是由咬合疲劳的发生及随后表面被嵌入
…溶液…1 0
1
f瓷搜卿…蕊‘}
3
“‘““
的磨屑所磨损这两个阶段所组成
在微动磨
每小时内喷盐‘分钟,
…{
损机理所产生的总磨损中导地位,
,
磨粒磨损占着主,
干燥 5。分,”{
}
因此
,
从实质上说
材料抵抗微动。
a s 8 w illi m on〔〕曾对 o 45 M lo钢进行过
磨损的模式与抵抗磨粒磨损相似此,
正因为如,
对于较大深度处仍有较高硬度的渗碳试,
样而言
对嵌入的磨屑理应有较大的抗力,。
换句话说它将具有较小的磨损率 Z经 s B处理的 o 45 M lo钢由于只能获 .协得约 4 5的化合物层所以经过 2小时 4,,,
快速腐蚀试验 (腐浊速度为正常大气腐蚀的: 2 1倍 )结果表明未处理的钢经 6小时腐 0后试样表面完全为锈膜所覆盖;渗碳试蚀, 0样经 2 5小时试验后也遍布腐蚀坑但是 Z经 S B软氮化的试样经 25小时试验后却 0,,,,
仅出现孤立锈斑的改善。
。
显然
,
软氮化处理试样的
试验后
,
不但化合物层被全部磨去,。
,
就连基
耐腐蚀性能比渗碳和米经处理的钢得到大大
体也被磨去了一部分是很低的
可见其微动磨损抗力
有证据表明。
,
经气态软氮化处理
的
,
其耐蚀性与不加硫的低氰化盐浴软氮化目前,
四
、
耐腐蚀性,
结果相似
已有人利用软氮化得到的化合物,
在一定程度上取决 (或表面层 )在电化学系于其表面化合物层中的相对位置。
材料的抗腐蚀能力
层的这种固有抗蚀性况下的抗蚀构件,
来生产用于在某些情
以取代较为常规的电镀抛。
一般说来
,
氮化和软氮化的,
光工艺或耐蚀钢材料性,
化合物层相对于基体钢均呈正电势产生应有的机械保护作用钢之间的相对电势差越大。。
因此,
,
以上评述了各种软氮化处理钢的磨损特
只要这些表面保护层处于防渗透状态,
就会
化合物层与基体预期的保
护作用。 o
从中可以看出: . 1与未经处理的钢相比经各种软氮化,、
处理钢的咬合的改善理的中。、
微动和腐蚀抗力均得到显著,
也越好再则材料的抗蚀性对工作环境的 p H值 (酸碱度标志 )是十分敏感的,D w s e
但在磨粒磨损的情况下
由于未处
低碳钢在试验中出现应变硬化或有,
7等人〔〕的研究工作表明
:
在 pH
二
. 7 0
的中
硬质粒子嵌入表面.
在磨损前期的磨粒磨损。
性 N a I溶液中试验时 C和镀铜相当则更好,
,
. O碳非合金钢 (o 15 c/ c ),
软氮化后空冷的低,
抗力与软氮化处理钢大抵相当2
其耐蚀性与镀镍,
而软氮化后油冷的,。
其耐蚀性,
各种软氮化处理钢的磨粒磨损抗力 (磨料为二氧化硅 )比液体氰化盐渗碳差些。 . 3
可见
化合物层表面的细孔上贮油
对耐蚀性有一定程度的改善在酸性溶液中试验时,
但是
当试样
中
、
低碳钢氰化盐浴渗碳的微动磨。
耐蚀性出现显著下
损抗力优于软氮化处理的. 4
降
,
下表中的结果也证明了这一点 (表中的
在获得致密化合物层的条件下经软,
氮化处理的. 5
,
抗咬合磨损能力优于氰化盐浴。
〔6〕
. . ie res i s J C G r eg or g e t a i: Im P rov in g tl ta n ee o f f errou s:lota ls t o seu ffi n g,f r o t tw o a r
渗碳的和常规碳氮共渗的的好。
,
软氮化处理钢的耐蚀性较盐浴渗碳显而易见,
n亩g, 8,
and, 9 1 0
fa之 g u e《M e ta l;
n F or也二 g》
在深入分析服役构件的主,
19 68
导磨损机理的情况下。
本文评述的结果可为
〔7〕
. C D
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:
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P
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选择一种比较合理的表面处理工艺提供一些:有用的实验依据例如在磨粒磨损的情况下,
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P
o
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s
《 M eta ls
采用渗碳处理比采用软氮化具有较好的,
T oe h n o lo gy》 6,
1 9 7
一9
9
性能
在咬合磨损的情况下,
,
可用软氮化处,
〔8〕
. P K
. W n il l i
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m
s o n
: W
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理来取代常规碳氮共渗或渗碳
在耐腐蚀的
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w
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情况下越等等
采用软氮
化处理比采用盐浴渗碳优,
p
r o e
e s s e s
《 T r ib o lo g y
In te r n a t io n a l》 1 3 -
。
19 80
, 2 .
如前所述
磨损是一种受多因素影响的,
〔9〕
. M N
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复杂过程于做更多
,
因此
以上评述的结果
,
也未免还有待
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n
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带有某些局限性、
,
其中的许多问题。
,
更深入的研究工作
. . . .,《 P r o e C o n f L a b W ea r》 1 9 5 7 . E
人 oeh l
.
10〔〕 Rl
.
C
.
e a rdso n: R i hs o f t a b ra s
Wi
ear《W
o
f
m e ta ls b y, 1 5 6 8
r。, 1 1
参考文献T . . 5 E y re: T he m ee h a n ism s of1 9
a t v e i ly
v e s
ea r》
1〔 1〕
济南第二机床厂在我厂的应用, . M o s h
:
尿素热分解气体软氮化
w ear, 7 8, 2
《
金属热处理
》
, 1 9 7 7
, 1
《 T r ib o lo g y
, in te r n a tio n a l ) 1 1
12〔〕
a
w
a:
日本汽车工业的氮化现状
(杜
上海机械学院等
:, 7
滴注式气体软氮化1
《金
赓林译 )13〔几. A G a u e
,
《e r
国外汽车e t a l: S u r . l ( T
》a f
, 1 9 8
。e a
,
2
属热处理《
》
, 1 9
e e
h
t
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t m
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t
o
f
北京汽车制造厂金属热处理》
:,
高速钢刃具气体软氮化, 9 1 1 7
, 1 r o n a n d s t e e
r i b
o l
o
g y
i
n
t e
r
n a
t
i
o
n
-
a
, l ) 9 1 9 7 6
, 3
上海汽车发动机厂
:尿素气体软氮化在汽,
14〔〕
武汉材料保护研究所况, 1 9 7 3, 8
:国外学处理化热近on t i e
车发动机凸轮轴和摇臂上的应用热处理 ),, 1 9 7 7 l
《
金属
1〔 5〕只 Fm
.
.
S口 a r t: S e le e tj o n《 T r ib o lo g〕一
fr n
s. r a e三 9” fa t i l o n a
t
r ea
t
:北京内燃机厂镶冶科加氧气体软氮化的研究和应用‘
e n t s
》 1 1,
《
金属热处理一‘ . t
》
, 9 1 8 7
, 3
1 9
7 8
, 2
、’’.’ .,’‘ .、., .厂从八二从八 .八二八二卜 .
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二
,
八一,八一八 .
了.、 .夕尸尸 .、…
启,
事已经本编辑部翻译,,
《第十八届国际材料热处理年会论文维》
并于 19 8 0年,
n月以本刊增刊号出版征订发行现在尚余剩若于本需要的单位和个人 .书款 1 6元 (包括邮费 )通过邮局汇至一机部机电研究所
本编辑部购买 5。
可将
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《金属热处理》编辑部: ., .尹 .、 ./ .,’-’ . .,:,.’. .,一
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