40Cr、30CrMnSiA、42CrMo等均為常用調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，PH13-8Mo為沉淀硬化不銹鋼，廣泛用于制造一些需要承受較高載荷的機(jī)械零部件。若零件表面需要有耐磨性能的要求，則在機(jī)械加工后要進(jìn)行表面硬化處理，如表面淬火、氮碳共滲等。若零件的表面還要有耐蝕性能的要求，則要在其表面硬化的基礎(chǔ)上再進(jìn)行防銹處理，如發(fā)黑、電鍍等。氮碳共滲+后氧化復(fù)合處理是一種能同時(shí)滿足耐磨、耐蝕性能要求的工藝，如QPQ技術(shù)，它不僅能提高鋼表面的耐磨性能，而且零件表面的耐蝕性能也有大幅度提高。但是由于在QPQ處理過(guò)程中產(chǎn)生的氰酸根對(duì)環(huán)境有一定的污染，因此在推廣應(yīng)用過(guò)程中有一定的難度。如今，氮碳共滲+后氧化復(fù)合處理較好地解決了環(huán)境污染的問(wèn)題，處理效果極佳，已在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用。

據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)道，離子氮碳共滲后氧化處理的前提條件是離子氮碳共滲處理后要有較厚的化合物層，這樣才能在后氧化處理過(guò)程中獲得致密的Fe3O4層，達(dá)到耐蝕目的。氮碳共滲后氧化常用溫度一般不低于560℃，對(duì)于高強(qiáng)度工件，采用氮碳共滲后氧化工藝存在降低材料原有強(qiáng)度的可能，因而有必要研究氮碳共滲后氧化對(duì)常用鋼力學(xué)性能的影響。

一、試驗(yàn)件及試驗(yàn)方法

獲得40Cr、30CrMnSiA、42CrMo等常用調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和PH13-8Mo沉淀硬化不銹鋼的機(jī)械加工試件在氮碳共滲后氧化處理前后的強(qiáng)度、硬度等數(shù)據(jù)，為判斷產(chǎn)品工件可否進(jìn)行氮碳共滲后氧化處理及如何獲得要求的最終力學(xué)性能提供指導(dǎo)與借鑒。試驗(yàn)條件見(jiàn)表1。

表1  滲氮后氧化對(duì)常用鋼力學(xué)性能影響試驗(yàn)條件

圖1  標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣

圖2  標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣

圖3  拉伸、沖擊試驗(yàn)件（材料分別為40Cr、30CrMnSiA、42CrMo、PH13-8Mo）

圖4  微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)

圖5  萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)中的全數(shù)字測(cè)控系統(tǒng)

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

各試驗(yàn)件檢測(cè)值見(jiàn)表2～表5。根據(jù)表2～表5的試驗(yàn)結(jié)果分析，其基體強(qiáng)度、硬度變化與材料回火特性相符。

1）熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)240～280HBW的40Cr鋼試件，當(dāng)?shù)脊矟B后氧化溫度提高至560℃后，強(qiáng)度、硬度開(kāi)始明顯降低。

2）熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)280～320HBW的30CrMnSiA鋼試件，當(dāng)?shù)脊矟B后氧化溫度提高至580℃后，強(qiáng)度、硬度開(kāi)始降低。

表2 40Cr鋼氮碳共滲后氧化處理前后力學(xué)性能對(duì)比

注：A1、A2未進(jìn)行氮碳共滲后氧化處理，為調(diào)質(zhì)狀態(tài)。

表3 30CrMnSiA鋼氮碳共滲后氧化處理前后力學(xué)性能對(duì)比

注：B1、B2未進(jìn)行氮碳共滲后氧化處理，為調(diào)質(zhì)狀態(tài)。

表4 42CrMo鋼氮碳共滲后氧化處理前后力學(xué)性能對(duì)比

注：C1、C2未進(jìn)行氮碳共滲后氧化處理，為調(diào)質(zhì)狀態(tài)。

表5 PH13-8Mo鋼氮碳共滲后氧化處理前后力學(xué)性能對(duì)比

注：D1、D2未進(jìn)行氮碳共滲后氧化處理，為時(shí)效狀態(tài)。

3）熱處理狀態(tài)為調(diào)質(zhì)240～280HBW的42CrMo鋼試件，當(dāng)?shù)脊矟B后氧化溫度提高至600℃后，強(qiáng)度、硬度未明顯降低。

4）熱處理狀態(tài)為時(shí)效35～40HRC的PH13-8Mo鋼試件，當(dāng)?shù)脊矟B后氧化溫度提高至600℃后，強(qiáng)度、硬度未明顯降低。

三、結(jié)束語(yǔ)

氮碳共滲后氧化較合適的處理溫度在560℃以上，采用氮碳共滲后氧化處理的工件，其預(yù)備熱處理技術(shù)要求的強(qiáng)度、硬度值，不應(yīng)高于材料560℃回火的強(qiáng)度、硬度值（見(jiàn)表6）。

表6  常用鋼適于氮碳共滲后氧化的最高強(qiáng)度、硬度要求