8cr4mo4v异形滚子软氮化工艺的研究

8cr4mo4v异形滚子软氮化工艺的研究

所谓零件螺母，它是周期性的，随着水流的推移而机械移动，并且伴随着快速停止和启动，对零件的耐用性要求很高。传统热处理的GCr15异形滚子无法满足使用要求,需对滚子表面进行硬化处理。软氮化可大幅度提高零件表面硬度,但氮化温度高达520℃,远超过GCr15滚子的回火温度,软氮化处理会大幅度降低其基体硬度针对上述情况,改用8Cr4Mo4V钢制滚子,在磨削加工后进行盐浴软氮化,氮化后对滚子工作面做光亮处理。现对8Cr4Mo4V试样及异形滚子表面盐浴软氮化处理后的性能进行试验,以确定最佳软氮化工艺。1轴承技术要求异形滚子尺寸为:最大直径6.5mm×高度10.5mm,截面形状如图1所示。滚子工作面技术要求为:表面硬度不小于1000HV2样品制备2.1化学成分的测试8Cr4Mo4V试样的尺寸为ϕ15mm×10mm,化学成分见表1。2.2火炬4002h火试样用真空炉加热淬火,多用炉高温回火,冷冻箱冷处理,工艺为1080℃×40min淬火→540℃×2h回火→-75℃×2h冷处理→540℃×2h回火→540℃×2h回火。热处理后试样的硬度为61～62HRC,金相组织为3级,均符合JB/T2850—2007《滚动轴承Cr4Mo4V高温轴承钢零件热处理技术条件》要求。2.3磨削加工表面粗糙度试样热处理后进行磨削加工,表面粗糙度3样品氮软化工艺方案3.1生物活性化合物软氮化过程分为3个阶段:1)介质分解,产生活性碳原子和活性氮原子;2)分解出来的活性碳、氮原子被钢铁表层吸收,并且达到饱和状态;3)钢铁表层饱和的氮原子向内层扩散。3.2氮化时间的确定软氮化温度选用520℃,此温度约低于热处理回火温度20℃,确保氮化处理不会降低试样的基体硬度。氮化时间分别为6,9,12,15,18,20h。软氮化介质的配比为:40%CO(NH4试样表面检测氮化后根据GB/T11354—2005《钢铁零件渗氮层深度和金相组织检验》对试样表面硬度、氮化层和化合物层深度、脉状氮化物、渗氮层疏松以及渗氮层脆性等进行评定。4.1试验结果分析采用BuehlerMicromet5124显微维氏硬度计检测试样表面硬度,加载力为4.9N,具体数据见表2,由表可知:不同氮化处理时间的试样表面硬度均在1100～1200HV将试样横向切割,磨制截面后检测试样的硬度。各工艺试样距表面0.03mm处硬度基本一致,如图2所示,由图可以看出:随氮化时间的延长,氮化层深度逐步增加,18h工艺试样氮化层深度最深,20h试样与18h基本一致。试样距表面0.1mm处的硬度在12h时已提升至900HV4.2试样的形貌及氮化层和化合物层深度试样经4%硝酸酒精溶液腐蚀后,在OLYMPUSGX51光学显微镜下观察并测量其氮化层深度和化合物层(白亮层)深度,观察渗层中的渗氮层疏松和脉状氮化物并评定其级别。氮化18h和20h试样的氮化层和化合物层形貌分别如图3和图4所示。试样化合物层由ε相、γ′相和含氮的渗碳体Fe不同氮化时间试样的氮化层和化合物层深度见表3,由表可知:随着氮化时间的增加,各试样氮化层和化合物层深度逐步增加,18h和20h时,氮化层深度达147μm以上,化合物层深度为8μm左右。根据硬度测试结果可知,此种程度氮化层深度和化合物层深度的试样满足表面硬度不小于1000HV观察试样渗氮层疏松和脉状氮化物可知,随氮化时间的增长,脉状氮化物体积和深度均有增加,对照GB/T11354—2005标准,所有试样的脉状氮化物最大级别为3级,渗氮层疏松最大级别为2级,均符合标准1～3级的要求。4.3试样压痕试验结果采用AFFRIWIKI200JSSPECIAL维氏硬度计检测试样的氮化物脆性,加载力为98N。检测后,试样压痕的4个角处存在短裂纹,没有边角压溃情况,所有试样压痕形貌相似,均符合GB/T11354—2005标准1级情况。18h试样渗氮层脆性压痕形貌如图5所示。软氮化的化合物层(白亮层)具有很好的韧性,裂纹敏感性小,使用时靠化合物层起作用5软氮应用于形状债券的应用5.1复合皮理剂处理后表面活性剂应用工艺试验结果显示,试样经18h和20h处理后均可以达到技术要求。考虑经济性和时效性,选用520℃×18h的工艺对滚子进行软