合结钢25Cr2MoVA气体渗氮的相组成控制及性能研究

合结钢25Cr2MoVA是珠光体型中碳合金结构钢,强度和韧性均比较高,其应用广泛,用以制作阀杆、轴类、转子、齿轮等,由于含有Cr, Mo, V等强渗氮元素,渗氮工艺性良好。为了满足实际生产应用中对钢件的表面性能要求,本试验利用一段式气体渗氮法对25Cr2MoVA钢表面进行强化处理,以期能够通过调整工艺参数得到丫’单相化合物层,并且进一步提高其表面耐磨性,获得优良的综合力学性能。本试验采用金相显微镜分析渗氮层的显微组织,判定渗层疏松和氮化物级别；采用X射线衍射仪进行化合物层的相组成分析；采用硬度计分析渗氮后试样的表面硬度、脆性、渗氮层深度、化合物层厚度；采用场发射扫描电子显微镜分析磨损后试样的表面形貌,讨论渗氮层的磨损机理；采用磨损试验机分析渗氮层的摩擦磨损性能。通过以上的分析讨论,研究不同氮势、渗氮时间、渗氮温度等工艺条件对25Cr2MoVA钢的各性能的影响,得到最佳的渗氮工艺条件。显微组织和XRD图谱分析表明,化合物层厚度随着氮势的升高、渗氮温度的升高、渗氮时间延长而增加,特别是氮势低于1时,随着氮势的升高化合物层明显增厚。化合物层相组成主要受氮势影响,当氮势为0.5,0.2时在试样表面可得到接近γ’单相的化合物层：在较高的氮势(KN=1,3)下,ε相含量增加,与渗氮时间和渗氮温度关系不大。渗氮层的疏松和氮化物级别均符合重要零件的要求。硬度分析表明,经过气体渗氮后,25Cr2MoVA钢的表面硬度显著地提高,渗氮试样的表面硬度随氮势的升高先升高后降低；随渗氮时间的延长、渗氮温度的升高而升高。利用显微硬度计测得渗氮层深度,其深度随着渗氮时间的延长、渗氮温度的增加而增加,氮势对渗层深度的影响不大。渗氮层的显微硬度由表及里由高到低形成硬度梯度,变化最平缓的是渗氮条件为T=520℃,t=5h,KN=0.2的试样。通过磨损后试样表面形貌分析,原始试样的表面有尺寸较大的剥落、撕裂；渗氮试样表面硬度提高,磨损后表面观察到浅层划痕和尺寸较小的点蚀坑或麻点,符合疲劳磨损特征。表面的硬质颗粒发生塑性变形,但均没有出现破坏。油润滑磨损试验结果表明,磨损90min时,渗氮后试样的磨痕宽度与磨损时间的关系遵循渗层磨损过程中的一般规律,即跑合和稳定两个阶段。渗氮后试样的磨痕宽度都小于原始试样,根据磨痕宽度、磨损深度、磨损表明形貌对比,磨损体积的计算,发现渗氮条件为T=520.C℃,t=5h,KN=0.5的试样耐磨性优于其他试样,其综合性能优良。