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40CrH钢气体软氮化-后氧化复合处理的组织性能

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（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒ ｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ ｉｎｇ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００７２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｗｕｈａｎ Ｓｈａｎｇｄａ Ｈｅｎｇｊｉｎ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ Ｈｕｂｅｉ ４３００５０，Ｃｈｉｎａ）
渗 氮 后 氧 化 形 成 的 一 层 致 密 薄 氧 化 物 层 （Ｆｅ Ｏ ），具有低 的摩擦 系数 和高 的化 学稳定 性 ，改 善了渗氮件表 面的 电化学 性能 ，能 显著 提高渗 氮层 的抗腐蚀性能和抗磨损性能。氮化形成 的渗层较 薄，脆性大 ，很容易脱落 ，而氧化膜的形成则有利 于 消除这一缺点。２０世纪 ８０年代，国外就开始了氮 化（氮碳化）＿后氧化复合工艺的研究 ，典型的工艺
【Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ】 ４０ＣｒＨ Ｓｔｅｅｌ，Ｇａｓ Ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ａｎｄ Ｐｏｓｔ—Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ，Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，
Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ
气 体软 氮化工 艺 是一种 由液 体软 氮化 发展 起 来 的新 型化 学 热处 理 工 艺 ，其 实 质 是 以渗 氮 为 主 的低温 氮碳 共 渗 ，气体 软 氮 化 工 艺 可 以 提高 零 件 的硬 度 、疲 劳强 度 、耐 蚀 性 和耐 磨性 ｊ。 由于 现 代工业的发展 ，对零部件表面性能提出了更加严 格的要求 ，为了进一步提高渗氮后工件 的耐磨、耐 蚀性 ，产生 了氮 化 ＋氧化 复合 工艺 。
【关键词】 ４０ＣｒＨ钢 气体软 氮化 一后氧化 组织 性能
Ｍ ＩＣＲｏＳＴＲＵＣＴＵＲＥ ＡＮＤ ＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳ ｏＦ ４０ ＣｒＨ ＳＴＥＥＬ ＡＦＴＥＲ ＤＵＬＰＥＸ ＴＲＥＡＴＭ ＥＮＴＳ ｏＦ ＧＡＳ ＮＩＴＲＯＣＡＲＢＵＲＩＺＩＮＧ ＡＮＤ ＰｏＳＴ．ｏＸＩＤＡＴＩｏＮ
Ｗ ａｎｇ Ｌｉｎｓｈａｎ Ｓｈｉ Ｗ ｅｎ Ｇｕ Ｘｉａｏｗｅｎ
作者简介
：王琳姗
，女
，主要从事气体氮化与后氧化工艺方面的研究
，Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｌｓ８３０＠１２６ ．
ｃｏｍ
通信作 者 ：史 文，男 ，教授 ，主要从事金属材料及热处理、相变诱 发塑性钢板方面 的研究 Ｅｍ ｉｌ： ｈｉｗｅ ＠ ｓｈｕ．ｅｄｕ． ｎ ，
３４
上 海 金 属
第 ３８卷
有 ＮＩＴＲＯＴＥＣ、 ＳＵＲＳＵＬＦ－ＯＸＹＮＩＴ、 ＴＥＮＩＦＥＲ— 磨 削 ，碱水 、清水 洗 净表 面 ，无 水酒 精脱 水 吹干 ，放
表 １ ４０ＣｒＨ 钢 的化 学成 分 （质量 分数 ）
Ｔａｂｌｅ １ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ４０ＣｒＨ
ｓｔｅｅｌ（ｍａｓｓ ｆｒａｃｔｉｏｎ）
％
处 理对 氧化 介 质 和处 理 工艺 要 求 不 高 ，同时 在 渗
层 的质 量 以及 性 能 方 面 ，已经 接 近 甚 至达 到 了在
第 ３８卷 第 ２期 ２０１６年 ３月
上 海 金 属
ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＭＥ Ｉ’ＡＬＳ
Ｖｏ１．３８。Ｎｏ．２ Ｍ ａｒｃｈ，２０１６ ３３
４０ＣｒＨ 钢气 体 软 氮化一后氧 化 复顾 晓文
（１．上海大学 材料科学与工 程学 院，上海 ２０００７２； ２．武汉上大恒精热处理技术有 限公 司，湖北武汉 ４３００５０）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】 Ｄｕｐｌｅｘ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｔ－ｏｘｉｄａｔｉｏｎ（Ｇａｓ（ＮＣ＋Ｏ））ｉｓ ａ
ｎｅｗ ｓｌｌｒｆａｃｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｕｓｅｄ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｗｅａｒ， ｆａｔｉｇｕｅ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒ ｉａｌ ｐａｒｔｓ．Ｔｈｅ ｄｕｐｌｅｘ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｇａｓ ｎｉｔｒｏｃａｒｂｕｒｉｚｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｔ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ４０ＣｒＨ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ａ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｐｌａｎｔ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｌａｙｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ４０ＣｒＨ ｓｔｅｅｌ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ Ｆｅ３ Ｏ４，８ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ，ｔｈｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒｅａｔｅｄ ｓｔｅｅｌ ｈａｄ ａ ｓｉｇｎｉｆ ｉｃａｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉ ｌｒ ｆａｃｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．
ＱＰＱ 、ＮＩＯＸ、ＩＯＮＩＴ—ＯＸ、ＮＩＴＲＯＢ－ＬＡＣＫ 等 。
置 在 干燥器 中备用 。试 验钢 的化 学成 分见 表 １。
气体 软 氮化 与后 氧化 复合 工艺 是一 种 可 以 同 时大幅度提高金属表面的耐磨性、抗蚀性 ，而工件 几 乎不 变形 的新 的金 属表 面 强化改 性技 术 。与 离 子软氮化氧化复合处 理相 比，气体氮化氧化复合
【摘要】 气体软氮化与后氧化复合工艺是一种新型表面处理工艺。材料表 面经过渗 氮与 后 氧化 复合 工 艺处理后 ，表 面硬 度 、耐磨性 、抗擦 伤 、疲 劳 强度 以及 耐腐 蚀 性 等都 得 到 了一 定程 度 的 改善 。分析 了某 热处理 厂 对 ４０ＣｒＨ 钢 使 用 气体软 氮化 与后 氧 化 复 合 工 艺 处理 后 ，产 品 性 能的提 高及其机理 。测试结果表明 ，经气体软氮化 与后氧化复合 处理后 ，材料表 面得 到的渗层 是 由黑色致密的 Ｆｅ Ｏ 膜 、ｓ化合物 白亮层和扩散层等三部分组成 ，经复合处理后 ４０ＣｒＨ钢的表 面硬度 和耐 蚀性 能都 有显 著提 高 。

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QPQ处理对40Cr钢渗层组织影响的研究

QPQ处理对40Cr钢渗层组织影响的研究

2019年 第2期热加工H热处理eatTreatment61QPQ 处理对40Cr 钢渗层组织影响的研究■ 甄延波，赵娜，程良，常森，韩壮壮摘要：对40Cr 钢进行QPQ 盐浴氮氧化复合处理、离子渗氮、镀铬、氧化处理，用显微硬度计、金相显微镜测试了试样表面的显微硬度梯度，观察了渗层组织，用磨损试验机、中性盐雾试验机进行了耐磨性和耐腐蚀性研究。

结果表明：经过QPQ 处理后的40Cr 钢表面生成了Fe 2～3N 高浓度氮化物层和致密Fe 3O 4氧化膜，其相应的耐磨性和耐蚀性是四种工艺中最高的。

关键词：QPQ ；耐磨性；耐蚀性QPQ 处理的工艺过程为：去油清洗→预热→盐浴氮化→盐浴氧化→去盐清洗→干燥（抛光→盐浴氧化→去盐清洗→干燥）→浸油。

QPQ 技术是一项由渗氮和氧化工序组成的复合工艺，此技术是一种提高基体表面耐磨性、耐蚀性的氮、氧化盐浴复合处理技术，常用于替代渗碳淬火、离子渗氮、镀铬等热处理和表面强化技术，以提高产品耐磨性、耐蚀性和解决硬化变形问题。

该技术被广泛应用于工程机械、仪器仪表和轻化工等领域。

本文对40Cr 钢进行QPQ 处理，并与辉光离子渗氮、氧化、电镀铬处理后的组织耐磨性和耐蚀性进行了对比研究。

1. 试验材料及方法（1）试验材料及工艺 试验材料为40Cr 钢（调质后基体硬度约为274HV ），采用线切割加工金相试样，磨损试验试样尺寸φ30mm ×10mm ，耐腐蚀试验试样尺寸φ10mm ×100mm ，分别对各试样进行编号，经不同热表处理时各试样的编号信息如表1所示。

试样表面进行磨削加工，使表面粗糙度值达到1.6μm ，试样热表处理前经过无水丙酮清洗、清水漂洗、吹干处理。

经不同热表处理时，工艺参数如表2所示。

经过QPQ 处理和氧化处理后，试样表面为黑色，经过镀铬处理后表面为银亮色，而经过离子渗氮处理后其表面为银灰色。

（2）显微硬度试验 用细砂纸将经过各热表处理工艺的金相试样（a1、d1）打磨至发亮，用于检测金相和测量硬度。

40Cr性能参数-40cr物理性能参数

40Cr性能参数-40cr物理性能参数

40Cr标准:GB/T3077-199940Cr 材料性能40Cr是一种最常用的合金调质钢。

用于较重要的调质零件，如在交变载荷下工作的零件，中等转速和中等截面的零件；经调质并高频表面淬火后可用于耐磨性和载荷包较高而无很大冲击的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、连杆螺钉等。

标准：GB/T 3077-1999化学成份：碳 C ：0.37～0.44硅 Si：0.17～0.37锰 Mn：0.50～0.80硫 S ：允许残余含量≤0.030磷 P ：允许残余含量≤0.030铬 Cr：0.80～1.10镍 Ni：允许残余含量≤0.030铜 Cu：允许残余含量≤0.030力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥980(100)屈服强度σs (MPa)：≥785(80)伸长率δ5 (％)：≥9断面收缩率ψ (％)：≥45冲击功 Akv (J)：≥47冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥59(6)硬度：≤207HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm参考对应钢号：我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN 标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS 标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。

临界点温度（近似值）Acm=780℃正火规范：温度850~870℃，硬度179~229HBS。

冷压毛坯软化处理规范：温度740~760℃，保温时间4~6h，再以5~10℃/h的冷速，降温到≤600℃，出炉空冷。

处理前硬度≤217HBS，软化后硬度≤163HBS。

40Cr性能参数

40Cr性能参数

40Cr标准:GB/T3077-199940Cr 材料性能40Cr是一种最常用的合金调质钢。

用于较重要的调质零件，如在交变载荷下工作的零件，中等转速和中等截面的零件；经调质并高频表面淬火后可用于耐磨性和载荷包较高而无很大冲击的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、连杆螺钉等。

标准：GB/T 3077-1999化学成份：碳 C ：0.37～0.44硅 Si：0.17～0.37锰 Mn：0.50～0.80硫 S ：允许残余含量≤0.030磷 P ：允许残余含量≤0.030铬 Cr：0.80～1.10镍 Ni：允许残余含量≤0.030铜 Cu：允许残余含量≤0.030力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥980(100)屈服强度σs (MPa)：≥785(80)伸长率δ5 (％)：≥9断面收缩率ψ (％)：≥45冲击功 Akv (J)：≥47冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥59(6)硬度：≤207HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm参考对应钢号：我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN 标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS 标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。

临界点温度（近似值）Acm=780℃正火规范：温度850~870℃，硬度179~229HBS。

冷压毛坯软化处理规范：温度740~760℃，保温时间4~6h，再以5~10℃/h的冷速，降温到≤600℃，出炉空冷。

处理前硬度≤217HBS，软化后硬度≤163HBS。

40Cr性能参数

40Cr性能参数

40Cr标准:GB/T3077-199940Cr 材料性能40Cr是一种最常用的合金调质钢。

用于较重要的调质零件，如在交变载荷下工作的零件，中等转速和中等截面的零件；经调质并高频表面淬火后可用于耐磨性和载荷包较高而无很大冲击的零件，如齿轮、轴、主轴、曲轴、心轴、连杆螺钉等。

标准：GB/T 3077-1999化学成份：碳 C ：0.37～0.44硅Si：0.17～0.37锰Mn：0.50～0.80硫S ：允许残余含量≤0.030磷P ：允许残余含量≤0.030铬Cr：0.80～1.10镍Ni：允许残余含量≤0.030铜Cu：允许残余含量≤0.030力学性能：抗拉强度σb (MPa)：≥980(100)屈服强度σs (MPa)：≥785(80)伸长率δ5 (％)：≥9断面收缩率ψ (％)：≥45冲击功Akv (J)：≥47冲击韧性值αkv (J/cm2)：≥59(6)硬度：≤207HB试样尺寸：试样毛坯尺寸为25mm参考对应钢号：我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。

临界点温度（近似值）Acm=780℃正火规范：温度850~870℃，硬度179~229HBS。

冷压毛坯软化处理规范：温度740~760℃，保温时间4~6h，再以5~10℃/h的冷速，降温到≤600℃，出炉空冷。

处理前硬度≤217HBS，软化后硬度≤163HBS。