羅毅

[摘 要]某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)試制過程中，出現(xiàn)了馬氏體不銹鋼（1Cr11Ni2W2MoV和1Cr12Ni2WMoVNb）氮化后，經(jīng)檢驗(yàn)：滲層深度合格、組織合格、硬度和脆性合格的情況下，經(jīng)下工序精磨后，在磨削面出現(xiàn)黑點(diǎn)或邊緣掉塊的情況。針對(duì)這一問題，我們通過解剖俄原型機(jī)與我們生產(chǎn)的零件對(duì)照分析原因、辦理實(shí)驗(yàn)卡片優(yōu)化滲氮工藝、與主制分廠協(xié)商磨削余量等措施，生產(chǎn)出了經(jīng)氮化磨削后表面沒有缺陷的氮化零件，最終使氮化質(zhì)量滿足了設(shè)計(jì)圖要求。

[關(guān)鍵詞]不銹鋼、氮化、磨削、黑點(diǎn)、掉塊

中圖分類號(hào)：TG580.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2018）29-0006-01

一、引言

氮化即滲氮是把氮滲入零件表面，以獲得高氮表層的化學(xué)熱處理工藝。滲氮件表面具有高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度、紅硬性以及抗咬合性。不銹鋼氮化有其特有的特點(diǎn)：由于不銹鋼含有大量的鉻，一般情況下在表面形成一層致密的氧化膜（Cr2O3，即鈍化膜），在滲氮時(shí)它阻礙氮原子滲入，因此，在零件滲氮前必須去除掉。我們采用的吹砂方式去除。不銹鋼材料還由于含合金元素較多，會(huì)阻礙氮原子的擴(kuò)散，滲氮速度較慢，因而滲氮時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)造成大量的氮原子在滲層表面堆積，使?jié)B層表面脆性較大。大部分氮原子的擴(kuò)散沿晶界進(jìn)行，因此表層晶界的脆性更大。金相顯示氮化表層0.05mm深度范圍內(nèi)有沿晶裂紋，在磨削時(shí)會(huì)產(chǎn)生剝落開裂，因而磨削后表面有麻點(diǎn)現(xiàn)象。

本文通過對(duì)不銹鋼滲氮后，磨削表層剝落的現(xiàn)象，分析原因，并采取措施，有效的解決了該技術(shù)問題。

二、正文

1.不銹鋼表面滲氮后，磨削表面剝落現(xiàn)象的原因分析

表面剝落和沿晶界微裂紋均與晶粒度大小和表層氮濃度高低有關(guān)系。晶粒愈粗大，表層氮濃度愈大，表層應(yīng)力愈容易集中，而在表層的徑向往往出現(xiàn)拉應(yīng)力，導(dǎo)致剝落和微裂紋。滲氮過程中：氮和許多元素都能形成穩(wěn)定的金屬氮化物，以Ti、Al、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe為序，這些彌散的合金氮化物具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)又具有高的抗腐蝕能力。氮在α-Fe鐵中達(dá)到飽和后，便形成金屬氮化物：α相之后繼續(xù)滲氮時(shí)，才依次形成γ相、ε相。不銹鋼滲氮后，由于表面集氮，在表層形成一層富氮層：ε層，此層不易蝕顯，在金相顯微鏡下很容易發(fā)現(xiàn)外表這一亮層即白亮層（簡(jiǎn)稱白層），主要是ε層。一般情況下，ε相很脆，易于剝落，除抗蝕氮化外，以硬化為目的的氮化不允許有ε相存在，但也有文獻(xiàn)表明，不銹鋼的ε相反而降低抗腐蝕能力，所以，不銹鋼此層必須去除，多采用的去除方法是氮化后磨削去除掉。俄設(shè)計(jì)圖要求氮化層磨削0.03-0.08mm。通過對(duì)俄原型機(jī)的解剖發(fā)現(xiàn)完全去除了白層。而我們生產(chǎn)出的零件，白層超過了0.08mm，按設(shè)計(jì)圖要求磨削0.03-0.08mm后，未完全磨掉該層，最終導(dǎo)致磨削后出現(xiàn)黑點(diǎn)或麻點(diǎn)（圖1，圖2）。

2.措施

2.1 防止晶粒粗大

防止晶粒粗大的方法有：一、嚴(yán)格控制鍛造工藝，始鍛溫度不能過高，鍛造變形量應(yīng)避開臨界變形區(qū)；二、嚴(yán)格控制淬火溫度和時(shí)間。因熱表分廠主要負(fù)責(zé)調(diào)質(zhì)和化學(xué)處理，所以淬火時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)要求的下限溫度和下限時(shí)間，控制晶粒度在6級(jí)以上，減少剝落可能性。

2.2 增加氮化表面磨削量

辦理實(shí)驗(yàn)卡片，對(duì)我分廠生產(chǎn)出的零件進(jìn)行超過設(shè)計(jì)圖要求磨量的磨削：發(fā)現(xiàn)磨削0.12mm后，可以去除表面缺陷，表面未見黑點(diǎn)和麻點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，以熱表分廠現(xiàn)有的設(shè)備，生產(chǎn)出的零件，只能控制白層在0.12mm左右，超過了俄羅斯零件磨削最大0.08mm的要求。針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)，又辦理了另一實(shí)驗(yàn)卡片，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是：增加滲層深度，提高0.04-0.05mm，并磨削0.12mm-0.13mm后，檢驗(yàn)零件表面硬度、滲層組織是否符合設(shè)計(jì)圖要求。我們通過增長(zhǎng)滲氮時(shí)間，將以前的30h延長(zhǎng)到40h，增加了滲層深度0.05mm，并通過磨削0.12mm后打硬度，證明可以滿足設(shè)計(jì)圖對(duì)滲層深度和表面硬度的要求。但在后面實(shí)際試制零件的過程中，發(fā)現(xiàn)：增加了深度的滲層，由于表面富氮層氮濃度過高，導(dǎo)致零件在磨削時(shí)，尖角處出現(xiàn)掉快。（氮化零件尖角處容易因尖角效應(yīng)，出現(xiàn)網(wǎng)狀氮化物，增加脆性。）雖然解決了麻點(diǎn)和黑點(diǎn)等表面缺陷，卻又出現(xiàn)了新的掉塊問題，最終未采用此措施改進(jìn)。

2.3 調(diào)整氮化前機(jī)加形狀

由于上述尖角效應(yīng)，與主制分廠協(xié)商了氮化前尺寸，主要調(diào)整了氮化過渡區(qū)形狀，通過增加倒角，使原有的容易產(chǎn)生尖角效應(yīng)的銳角變成鈍角，減少掉塊傾勢(shì)。

2.4 優(yōu)化氮化技術(shù)要求和工藝參數(shù)

控制滲層表面氮濃度：不銹鋼含有大量形成氮化物的合金元素，滲氮速度較慢。對(duì)滲氮層厚度要求過深，往往要大大延長(zhǎng)滲氮時(shí)間，造成表面氮濃度偏高。增加白層厚度，磨削時(shí)易導(dǎo)致黑點(diǎn)。因而在滿足設(shè)計(jì)圖要求的前提下，應(yīng)盡量減少滲氮層厚度。采用減少變形的措施可以減少加工余量，從而也可以降低對(duì)滲氮層深度的要求。所以，重新與主制分廠協(xié)商，按照原設(shè)計(jì)圖磨削量磨削，不用增加磨削量而導(dǎo)致滲氮深度加深。并注意零件擺放位置、采用平整托板、緩慢升降溫等方式，控制變形，減少后續(xù)磨削量。并縮短滲氮時(shí)間，采用設(shè)計(jì)圖下限滲層深度，減低表面氮濃度。增加退氮工藝，在確保滲層深度后，增加了段退氮工藝：提高氨分解率到90%以上，使表面氮濃度下降，降低脆性。

三、結(jié)論與討論

1.結(jié)論

通過上述措施，滲氮后零件滲層深度為設(shè)計(jì)圖中下限，硬度、組

織。經(jīng)過主制車間按設(shè)計(jì)圖要求磨量0.03-0.08磨削后，表面未見黑點(diǎn)或麻點(diǎn)和掉塊現(xiàn)象，有效的解決了此技術(shù)問題。

2.討論

滲氮工藝參數(shù)主要取決于：溫度、時(shí)間和氮?jiǎng)荨６獎(jiǎng)莸目刂朴绊懥肆慵罱K金相組織和脆性，現(xiàn)在國(guó)際上已經(jīng)有了可控氮?jiǎng)莸脑O(shè)備，可以生產(chǎn)出無白層和無尖角效應(yīng)的滲氮層，希望公司調(diào)研，引進(jìn)現(xiàn)代化新設(shè)備。

參考文獻(xiàn)

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