【正文】 ，與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)單元尺寸在同一個(gè)數(shù)量級(jí)，這決定了 X 射線技術(shù)能夠成為物質(zhì)結(jié)構(gòu)的主要分析手段之一。物 相定性分析是通過(guò)將實(shí)驗(yàn)測(cè)得的 d 值和 I 值與已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的數(shù)據(jù)相比較。硬度檢測(cè)的主要目的就是測(cè)定材料的適用性，或材料為使用目的所進(jìn)行的特殊硬化或軟化處理的效果。其 中布、洛、維三種試驗(yàn)方法是應(yīng)用最廣的，它們是金屬硬度檢測(cè)的主要試驗(yàn)方法。 顯微硬度計(jì)主要用于測(cè)量微小、薄型試件、脆硬件的測(cè)試，通過(guò)選用各種附件或者升級(jí)各種結(jié)構(gòu)可廣泛的用于各種金屬（黑色金屬、有色金屬、鑄件、合金材料等）、金屬組織、金屬表面加工層、電鍍層、硬化層（氧化、各種滲層、涂鍍層）、熱處理試件、碳化試件、淬火試件、相夾雜點(diǎn)的微小部分，玻璃、瑪瑙、人造寶石、陶瓷等脆硬非金屬材料的測(cè) 試，在細(xì)微部分進(jìn)行精密定位的多點(diǎn)測(cè)量，壓痕的深層測(cè)試與分析，滲鍍層測(cè)試與分析，硬度梯度的測(cè)試，金相組織結(jié)構(gòu)的觀察與研究，涂鍍層厚度的測(cè)量與分析等。 材料的耐磨損性能，用磨耗量或耐磨指數(shù)表示。在條件相同的 情況下，涂層耐磨性優(yōu)于金屬材料，因其有黏彈性效應(yīng)，可把能量緩沖、吸收和釋放掉。和 αFe 相組成。 原始試樣及調(diào)質(zhì) 后試樣的組織形貌分析 （ a） 原始試樣 （ b） 調(diào)質(zhì) 處理后的試樣 圖 原始試樣及調(diào)質(zhì) 后試樣的金相組織 從鐵碳合金相圖來(lái)看： 40Cr 鋼屬于亞共析鋼，緩冷到室溫后的組織為鐵素體 +珠光體；從鋼的分類 來(lái)看： 40Cr 鋼屬于低淬透性調(diào)質(zhì) 鋼，具有很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，即具有良好的綜合機(jī)械性能 。m 20 是標(biāo)準(zhǔn)的 40 Cr 基材。 原始試樣及滲氮層組織分析 根據(jù) Kollbel“濺射 沉積”理論 [30]， 當(dāng)離子滲氮 時(shí)間短 時(shí) ， 單位體積內(nèi)分子數(shù)量很少 ， 碰撞幾率 小， 使得應(yīng)急表面濺射出的鐵離子自由程較長(zhǎng) ， 工件表面形成及沉積的 FeN 幾率就低 ， 同時(shí) ， 較高動(dòng)能的離子轟擊表面引起新形成的化合物層被濺射。 為了證明上述觀點(diǎn)，我們專門(mén)對(duì)原始試樣和離子滲氮處理后的試樣的硬度，耐磨性做了研究。 對(duì)于 40Cr 離子 滲氮處理，氮化層都比較薄，如果 用 大載荷，基體硬度的影響太大，測(cè)量值不能反映滲層硬度特征，為盡量減小測(cè)量誤差，采用 載荷對(duì) 原始試樣和離子氮化處理后的試樣 進(jìn)行了測(cè)量 。m ） 滲氮層硬度 （ HV） 基體 壓痕 直徑 d2（ 181。 表六 、原始試樣和離子滲氮試樣的磨損量（溫度 25℃ ；濕度 40％ ；載荷 1024g） 時(shí)間 h 摩擦前的重量 m1（ g） 摩擦后的重量 m2（ g） 摩損量 △ m（ g） 0 10 (a)原始試 樣 （ c） 原始試 樣 （ b） 離子滲氮 10h （ d） 離 子滲氮 10h 圖 原始試樣和離子滲氮試樣 的磨痕表面 形貌圖 50181。 同時(shí)可以初步斷定 40Cr 鋼為粘著磨損。由此得出， 離子滲氮 處理后試樣表面的硬度增加 ， 摩擦系數(shù)下降 ， 耐磨性 顯著提高 。(3) [18] 周上祺 , 任勤 , 范秋林 .25Cr2MoVA 鋼快速離子滲氮的 X 射線衍射分析 .重慶大學(xué)學(xué)報(bào) (自然科學(xué)版 ) ,1998。 感謝 我們實(shí)驗(yàn)組的其他同學(xué)， 陪我一起實(shí)踐探索，陪我一起學(xué)習(xí)文獻(xiàn) 。 在此特向我的導(dǎo)師胡蘭青教授表示衷心的感謝，感謝導(dǎo)師對(duì)我的指導(dǎo)、幫助和關(guān)懷！ 同時(shí)感謝 蔡一萍師姐 ， 陳智敏師兄 在論文 完成 過(guò)程中對(duì)我的幫助， 還有實(shí)驗(yàn) 過(guò)程中對(duì)我的 悉心指導(dǎo)。 可見(jiàn)，離子滲氮工藝是一種有效的提高 機(jī)床齒輪 綜合性能的途徑。 因而，從 700s 往后， 摩擦系數(shù)有所下降 。 從磨損形貌圖 7(c)(d)來(lái)看 ，更加清楚地觀察 到：未滲氮的試樣，表面磨痕較多，而且較深，粘附物 較多；滲氮后的試樣，磨痕 數(shù)目較少且變淺，同時(shí) 粘附物 較少。 23 原始試樣及離子滲氮試樣 耐磨性的比較 一般情況下，硬度越高，耐磨性越好。本結(jié)果說(shuō)明， 與未滲氮試樣相比，離子滲氮可以提高試樣的硬度 。 顯微硬度試驗(yàn)是一種微觀的靜態(tài)試驗(yàn)方法， 常用的有維氏 （ Viokers）硬度 [29]。其中，由于溫度和氣氛控制的適當(dāng)，白亮層呈條狀分布。)CPSFeFeFe 0 20 40 60 80 10050100150200250Fe4NFe4NFe4NCPS2 θ /(176。 由 4 可知，我們采用的原始試樣600181。因此只有分析清楚齒輪在離子滲氮前后的顯微組織及成分的 變化 ，才可以更好的對(duì)材料的性能進(jìn)行測(cè)試 ，進(jìn)而更好地驗(yàn)證離子滲氮可以提高材料的硬度及耐磨性， 從而對(duì)材料的實(shí)際應(yīng)用有更好的掌握。某些希望有表面硬度的紙如箱板紙和書(shū)寫(xiě)紙，一般要用淀粉或膠料進(jìn)行表面處理。 涂料工業(yè)中指涂層對(duì)摩擦機(jī)械作用的抵抗能力。粘著磨損是摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于固相焊合，接觸表面的材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面的現(xiàn)象。拋光后，用 4%硝酸溶液對(duì)其進(jìn)行 腐蝕 ，最后用無(wú)水乙醇清洗，用吹風(fēng)機(jī)吹干，制成金相試樣，然后在借助 顯微硬度計(jì) 觀察原始試樣及 離子滲氮 后 試樣的 硬度變化值。硬度的測(cè)定主要決定于壓痕的深度、壓痕投影面積或壓痕凹印面積的大小。本文結(jié)合實(shí)際操作，簡(jiǎn)單的總結(jié)了 X 射線粉末衍射儀測(cè)試中的一些小經(jīng)驗(yàn)。任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶體結(jié)構(gòu)，在一定波長(zhǎng)的 X 射線照射下，每種晶體物質(zhì)都給出與其唯一對(duì)應(yīng)的衍射花樣。 XRD 特別適用于晶態(tài)物質(zhì)的物相分析。 X 射線衍射儀 X 射線衍射儀是利用 衍射 原理 ,精確測(cè)定物質(zhì)的 晶體結(jié)構(gòu) ,織構(gòu)及應(yīng)力 ,精確的進(jìn)行物相分析 ,定性分析 ,定量分析 ,廣泛應(yīng)用于冶金 、 石油 、 化工 、 科研 、 航空航天 、 教學(xué) 、 材料生產(chǎn)等領(lǐng)域 。而在實(shí)際使用中，對(duì)齒輪的性能要求很高。由于離子的轟擊，工件表面產(chǎn)生原子濺射，因而得到凈化，同時(shí)由于吸附和擴(kuò)散作用，氮遂滲入工件表 面 ，離子滲氮裝置見(jiàn)圖一 [24]。 最終熱處理 調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火 [23]。而齒輪機(jī)床是機(jī)床工業(yè)公認(rèn)技術(shù)含量最高、零部件最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的產(chǎn)品之一。 滲碳 ： 滲碳是目前應(yīng)用最廣泛的一種化學(xué)熱處理方法。表面氧化一般沒(méi)有什么影響，對(duì)要求高的零件可再進(jìn)行一次 3h的氮化處理 ，因氨分解的氫使工件表面上的氧化物還原，從而使氧化色消除。如表面硬度很高，補(bǔ)充氮化溫度可高些，時(shí)間則可短些；反之，則應(yīng)用較低的溫度，保溫時(shí)間按具體情況而定。最外層出現(xiàn)的 ε脆性相應(yīng)磨去，合格的心部組織應(yīng)為回火索氏體組織（調(diào)制處理），不允許有大量游離鐵素體存在 [18]。由于氮化層組織較細(xì)呈現(xiàn)瓷狀斷口而心部組織較粗呈現(xiàn)塑性破斷的特征，因此能直接測(cè)出滲氮層的深度。為避免載荷過(guò)大壓穿氮化層，以及載荷過(guò)小使測(cè)量不準(zhǔn)確，可根據(jù)氮化層深度選擇負(fù)荷，見(jiàn)表 一 ： 表 一 ：測(cè)量滲氮層表面硬度計(jì)負(fù)荷選用表 滲氮層厚度 /mm 洛氏表面硬度計(jì)負(fù)荷 /kN 維氏硬度計(jì)負(fù)荷 /kN ﹤ ≤147 ≤147 ～ ≤294 ≤294 ＞ 588 588 滲氮層的脆性檢驗(yàn) 滲氮 層的脆性是根據(jù)維氏硬度計(jì)壓頭的棱錐在工件表面上的壓痕形 狀來(lái)評(píng)定 [16]。滲氮層越厚，疲勞抗力越大 [14]。 離子氮化的工藝過(guò)程 離子氮化：工件裝爐 → 抽真空 （ 10pa） → 接通電源（通入少量氣 體起輝濺射，用輕微打弧除去工件表面贓物） → 增加氣體流量 → 工件保溫 （ 130~1060pa） → 關(guān)閉閥門(mén)，切斷電源 → 降溫（ 200℃ ） → 出爐 滲氮層的性能 硬度和耐磨性 工件經(jīng)滲氮后表面具有高的硬度，如 38CrMoAlA鋼工件滲氮層硬度可達(dá) 1200HV，遠(yuǎn)高于滲碳層表面的硬度，因此其耐磨性特別好。它存在于 ωN%=%～ %， 當(dāng) ωN%=%時(shí)， 化合物為 Fe4N。氮在 ɑFe 中的間隙固溶體，氮原子在 ɑFe 晶格中位居八面體間隙 [12]。 （ 3） 裝配時(shí)涂高強(qiáng)度螺紋鎖固劑 ， 螺紋鎖固劑可用于沖擊的螺紋件的鎖固 ， 通過(guò)改進(jìn)與承受強(qiáng)烈振動(dòng) ， 有效地防止了螺紋松動(dòng)現(xiàn)象。 第四、 產(chǎn)業(yè)集中度不高。進(jìn)口產(chǎn)品幾乎都是高檔數(shù)控機(jī)床（包括成套生產(chǎn)線）。疲勞裂紋不斷延伸 ， 擴(kuò)展 ， 最終使小塊金屬脫落 ， 形成了小凹坑。 ㈡ 齒面磨損 磨損失效在齒輪的失效中占的比重很大。 提高齒輪抗彎曲疲勞能力，可以采用提高齒輪造精度的方法，如對(duì)齒的根部進(jìn)行磨削加工工藝，降低因加 工刀痕所造成的應(yīng)力集中，留有足夠的過(guò)渡圓，可有效減小應(yīng)力集中，避免齒輪因接觸應(yīng)力過(guò)大而疲勞失效。但由于選材和加工工藝的不同，齒輪的硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌性差異很大。從 20xx 年開(kāi)始，中國(guó)已連續(xù) 8 年成為世界第一大機(jī)床消費(fèi)國(guó)和第一大機(jī)床進(jìn)口國(guó)。 裝備制造業(yè)的發(fā)達(dá)程度是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)化 階段的重要標(biāo)準(zhǔn) ， 而齒輪加工裝備業(yè)又是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ) 行業(yè)，是“支柱的支柱”。隨著齒輪加工機(jī)床需求的增加 ， 近年來(lái)涉及齒輪加工機(jī)床制造的企業(yè)也日益增多。本實(shí)驗(yàn) 采用離子氮化工藝 ，然后 利用 金相 顯微鏡 、 顯微硬度計(jì)、 X 射線 衍射儀對(duì)原始試樣的表層和滲氮層的 成分， 顯微 組織 ，硬度及摩擦系數(shù) 進(jìn)行 測(cè)定、分析、比較。 關(guān)鍵詞 ： 離子滲氮；顯微組織；硬度；耐磨性； II ION NITRIDING ON the MICROSTRUCTURE AND PERFORMANCE of the MACHINE GEAR STEEL Abstract Due to the growth of the automobile, the wind power, nuclear power industry in recent years leads to a substantial increase in the demand of gear, which increases the gear processing machine manufacture enterprise. In order to solve the problems of wear, broken teeth, precision decline, frequent replacement of the gear , low efficiency and high costs, we should improve the performance of the gear itself ,which is the fundamental solution. Ion nitriding has been used in this experiment and we use the metallographic microscope, micro hardness tester, X ray diffraction to measure , analyse and pare the surface of microstructure, hardness and friction coefficient of the original sample and the nitriding layer . The results show that the anization of the surface of the sample after plasma nitriding is tempered sorbite and nitrides， meanwhile ,the inner region of material is tempered sorbite. The ion nitriding process makes the machine gear steel to obtain a higher surface hardness, strength,and increase the wear resistance . Key words: ion nitriding。但一度我國(guó)齒輪機(jī)床行業(yè)處在一個(gè)十分尷尬的境地。因此，齒輪加工 行業(yè) 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用，關(guān)系到國(guó)防安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展全局。隨著世界經(jīng)濟(jì)的回暖，目前世界齒輪機(jī)床行業(yè)也開(kāi)始慢慢復(fù)蘇。 ②齒面具有高的硬度和耐磨性 ， 以防止粘著磨損和磨粒磨損。 鋼鐵 ，特別是鈑金的常用 表面處理 ：加入鉻，表面會(huì)很光亮，切忌六價(jià)鉻，一般作為外露金屬件的鍍層，很美觀 。在大型的重載開(kāi)式齒輪中 ， 失效原因基本上都是磨損失效。齒面的點(diǎn)蝕 在頻域表現(xiàn)為 ： 在嚙合頻率與高次諧波附近存在以點(diǎn)蝕 ，齒 輪所在軸的轉(zhuǎn)頻為調(diào)制的邊頻 ， 但調(diào)質(zhì) 邊頻帶數(shù)量稀少。從產(chǎn)品構(gòu)成情況來(lái)看，高檔數(shù)控機(jī)床所占比重低。目前，高端人才不足已成為制約數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)快速、可持續(xù)發(fā)展的深層次原因。因此 ， 齒輪主要的失效形式是摩擦所引的齒面過(guò)度磨損和交變接觸壓應(yīng)力產(chǎn)生的表面觸疲勞破壞即疲勞磨損彎曲疲勞應(yīng)力和沖力所引起的疲勞斷裂或其他形式斷裂 。氮在 γFe 中的間隙固溶體，即含氮奧氏體。一種成分可變的氮化物 （ ωN%=%～ %） ，它是以氮化物 Fe（