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研究分析不锈钢渗氮+整体淬火

前面所述的不锈钢的各种热处理，正火、退火、调质、固溶化、稳定化、渗氮、氮碳共渗、高频感应淬火等，都是为使工件达到某种功能要求所采用的独立的热处理方法。如果把两种或两种以上的热处理方法，或把热处理与表面处理结合起来，将对工件功能的发挥有更好的作用。在发挥各工艺特长的同时，具有特殊的复合效果。
在谈到不锈钢渗氮处理时，曾指出为保证渗氮效果，作为渗氮的预备处理，对氮化材料应进行预先热处理。对于马氏体不锈钢，渗氮前的预先热处理通常采用调质处理，即淬火后高温回火处理。现在这里讲的渗氮+整体淬火则是以提高零件功能效果为目标的复合热处理。
用马氏体钢制作有高强度、耐磨、耐疲劳要求的零件时，需对零件进行整体淬火后再低温回火。众所周知，马氏体不锈钢淬火冷却时，表面层先冷却到马氏体转变点Ms以下，先发生马氏体转变，此时，表面组织转变层会发生体积膨胀，心部仍处于奥氏体状态，体积没有变化，这使得表面受压应力，心部受拉应力，而当零件继续冷却时，心部温度降低到Ms点，开始发生马氏体转变，先已冷却并发生转变的表层已处于冷硬状态，这时，心部由于组织转变发生的体积膨胀受到限制，承受压应力，而表面承受拉应力，即淬火完成后，零件表面处于残留拉应力状态。这种残留拉应力将降低零件工件时的疲劳强度，降低零件的使用寿命。
如果在工件淬火之间，先进行渗氮处理，这时，零件表面层含有较高的氮量。氮元素对金属组织的影响类似于碳和镍，扩大了奥氏体相区，稳定了奥氏体，并且氮的这种作用相当于镍的20倍。
由于氮元素的作用奥氏体稳定性的增加，降低了马氏体转变点Ms。这使零件表面（已渗氮部分）的Ms远低于心部，在以后淬火冷却时，虽然表面层先冷时，但发生马氏体转变的时间却迟于心部，即已被渗氮的表面层比心部后发生马氏体转变，所以，最终零件的表面（已被渗氮再淬火部分）残留了压应力，这当然会提高零件的抗疲劳能力。有研究表明，先渗氮再淬火的零件可提高疲劳寿命3～6倍。如果零件渗氮、淬火后再进行冷处理，会进一步增加表面层的拉应力，提高零件疲劳寿命的效果会更好。
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资料来源：东莞市弘超铜铝有限公司
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