【正文】 ， 表層出現(xiàn)白亮層， 白亮層是滲氮物的混合層。m 24 0 1000 20xx 3000 4000 50000 .00 .20 .40 .60 .81 .0摩擦系數(shù)時(shí)間 （ a） 40Cr 的摩擦系數(shù) 0 1000 20xx 3000 4000 50000 .20 .40 .60 .81 .0摩擦系數(shù)時(shí)間 （ b） 40Cr10N 摩擦系數(shù) 圖 原始試樣和離子滲氮試樣的摩擦系數(shù) 25 由表六 我們可以看出：未滲氮試樣的磨損量為 ， 滲氮試樣的磨損量為， 可見(jiàn)，離子滲氮后的試樣其磨損程度明顯減小，耐磨性顯著提高。 由公式 （ ） 知 原始試樣的顯微硬度為 414HV，滲氮層的硬度為 。氮 離子注入后，試樣表面的顯微硬度得到了大幅度的提高。 硬度通常是用各種類型的壓痕法測(cè)量的，因此，了解塑性變形過(guò)程對(duì)于解釋測(cè)量結(jié)果是很重要的。 （ a） 原始試樣 （ b） 離子滲氮 10h 圖 原始試樣及離子滲氮后試樣的顯微組織 由圖 5 知 ：原始試樣的 組織為回火索氏體，離子滲氮后的試樣滲氮層的組織為回火索氏體及氮化物，心部組織為針狀的回火索氏體。 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) 比較，獲悉物質(zhì)所含的元素和 元素間的化合狀態(tài) 。 40Cr 調(diào)質(zhì)后的組織見(jiàn)圖 3（ b）。 磨損試驗(yàn)原理見(jiàn)圖 2。表征紙的表面硬度。 18 耐磨性幾乎和材料所有性能都有關(guān)系，而且在不同磨耗機(jī)理?xiàng)l件下，為提高耐磨性對(duì)材料性能亦有不同要求。研究磨損應(yīng)該分析 摩擦系統(tǒng)中各要素與磨損有關(guān)的性質(zhì)。動(dòng)態(tài)試驗(yàn)法主要用于大型的，不可移動(dòng)工件的硬度檢測(cè) 。由于通過(guò)硬度試驗(yàn)可以反映金屬材料在不同的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)和熱處理工藝條件下性能的差異，因此硬度試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于金屬性能的檢驗(yàn)、監(jiān)督熱處理工藝質(zhì)量和新材料的研制。當(dāng)然峰強(qiáng)的大小也能看出物質(zhì)的含量多少，大致上，峰越強(qiáng)，物質(zhì)含量越多。相同元素組成的化合物，其元素聚集態(tài)不同，則屬于不同的物相。 目前， X 射線粉末衍射技術(shù)（ XRD）已發(fā)展成為最重要的材料分析測(cè)試技術(shù)之一，它具有操作簡(jiǎn)便、迅速、信息全面、樣品用量少、對(duì)樣品無(wú)損害、無(wú)污染、衍射強(qiáng)度準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。 15 顯微硬度計(jì) HXS1000Z 顯微硬度計(jì)是測(cè)定金屬、合金表面層及金屬內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的顯微 硬度，測(cè)定用其他方法所不能及的小件、薄件、脆硬件以及相夾雜、鍍層等的硬度 [25]。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等。在等離子區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氮和氫的正離子 高速 向工件表面轟擊。 齒輪材料的選擇 基體材料 為 40Cr，氮 源為氨 氣 齒輪材料的制備過(guò)程 預(yù)先熱處理 調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工后，必須經(jīng)過(guò) 預(yù)備熱處理來(lái)降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)造成的組織缺陷，細(xì)化晶粒，改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。 氮化周期長(zhǎng)，一般幾十甚至上百小時(shí)、成本高、氮化層較薄，一般 、且脆性較高，使氮化件不能承受太高的接觸應(yīng)力和沖擊載荷。針狀或魚(yú)骨狀氮化物增加滲層脆性。對(duì)于尺寸要求不高的零件可以進(jìn)行熱校，但校直后必須進(jìn)行消除應(yīng)力處理。針對(duì)以上原因可采取相應(yīng)的預(yù)防措施，例如，對(duì)新用的氮化罐或夾具，一定要空爐氮化一兩次后再使 用；嚴(yán)格控制溫度、時(shí)間、氨分解率等工藝參數(shù)。 金相組織檢查 金相組織檢查包括滲氮層組織檢查和心部組織檢查兩部分。其測(cè)量方法有斷口法、金相法、硬度法三種。在氮化后期產(chǎn)生的氧化層 僅影響零件的外觀，不影響使用性能。 8 疲勞強(qiáng)度 工件經(jīng)滲氮后大大提高了抗疲勞能力，這是由于滲氮層內(nèi)析出比容較大的氮化物相，產(chǎn)生較大的殘余壓應(yīng)力。是以 Fe2N 化合物為基的具有正角菱形點(diǎn)陣的間隙 固 溶 體 ,ωN%=%～%之間變化。 (3)γ′相。鐵 和氮在不同條件下可以形成五個(gè)相。 ㈡ 結(jié)構(gòu)改進(jìn) 改進(jìn)螺栓的防松方式 ， 引進(jìn)高強(qiáng)度的螺栓防松 : （ 1） 改變差速器聯(lián)接螺栓和從動(dòng)螺旋傘齒輪的結(jié)構(gòu) ， 取消軸承座固定的螺栓串聯(lián)鐵絲防松結(jié)構(gòu) ， 同時(shí)又取消開(kāi)口銷鎖緊結(jié)構(gòu) ， 全部使用高強(qiáng)度螺栓 [10]。 5 第三、 自主創(chuàng)新能力不強(qiáng)。頻率的成分主要有斷齒軸的諧波與嚙合頻率 、 轉(zhuǎn)頻以及在嚙合頻率與諧波附近存在的以斷齒軸轉(zhuǎn)頻為間隔調(diào)質(zhì) 邊頻帶。 ㈢ 齒面嚴(yán)重點(diǎn)蝕 齒面疲勞是造成齒面的嚴(yán)重點(diǎn)蝕的重要原因。變形較大時(shí) ， 時(shí)域中通常會(huì)明顯的出現(xiàn)以一定時(shí)間為間隔的沖擊振動(dòng) ， 邊帶數(shù)量密而且多 [6]。此外 還要求齒輪具有高的傳動(dòng)精 度 ， 材料具有較好的切削加工性及熱處理工藝性等。各行業(yè)對(duì)于齒輪加工機(jī)床的需求是十分大的 ， 企業(yè)只有抓住這些機(jī)才能更上一層樓。雖然金融危機(jī)對(duì)中國(guó)的市場(chǎng)需求 有 影響，但是并沒(méi)有從根本上改變?nèi)袠I(yè)持續(xù)快速發(fā)展總的態(tài)勢(shì)。 齒輪加工是裝備制造業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)，是向傳統(tǒng)機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、汽車工業(yè)、航空航天工業(yè)、電子信息技術(shù)工業(yè)以及其他加工工業(yè)提供加工裝備的部門(mén)，其中，各種齒胚加工機(jī)床、制齒機(jī)床、精密齒輪磨床等齒輪加工機(jī)床是齒輪加工裝備業(yè)中的核心。 wear resistance。I 離子滲氮對(duì)機(jī)床齒輪用鋼 顯微組織及 性能的影響 摘 要 由于 近年來(lái)汽車、風(fēng)電、核電行業(yè)的拉動(dòng) ,齒輪的需求量大幅度增加，因而 近年來(lái)涉及齒輪加工機(jī)床制造的企業(yè)也日益增多。 hardness。但我國(guó)機(jī)床行業(yè)沒(méi)有停步 ， 一直在努力中 ， 雖有差距但市場(chǎng)的需求是勢(shì)不可擋的。我國(guó)齒輪機(jī)床行業(yè)的現(xiàn)狀可以用以下幾點(diǎn)概括： 2 第一、 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)連續(xù) 8 年實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)。 無(wú)論是傳統(tǒng)的汽車、船舶、航空航天、軍工等行業(yè) ， 還是近年來(lái)新興的高 裝備 鐵、鐵路、電子等行業(yè) ， 都對(duì)機(jī)床工具行業(yè)的快速發(fā)展提出了緊迫需求 ， 這就對(duì)齒輪加工機(jī)床制造商提出了新的要求 ， 現(xiàn)在一些企業(yè)已經(jīng)應(yīng)時(shí)而動(dòng) ， 積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu) ， 不斷拓展產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域 ， 向熱門(mén)行業(yè)提供高速、高穩(wěn)定性、高精度的機(jī)床新品 ， 滿足行業(yè)所需。 ③齒輪心部具有足夠的強(qiáng)度和韌性 ， 以提高齒輪的承載能力。 ㈠ 塑性變形 齒面產(chǎn)生的塑性變形 ， 主要是因?yàn)橛不瘜虞^薄或心 部基體較軟 ， 齒面硬度偏低 ，在過(guò)載或者沖擊負(fù)荷較大情況下而造成的變形。同時(shí) ， 振動(dòng)能量 大幅 增加。由斷裂引起的斷齒主要 發(fā)生在齒根部位， 齒輪斷齒 時(shí) 振動(dòng)信號(hào)有很大 的沖擊振動(dòng)。數(shù)控金屬切削機(jī)床產(chǎn)量中車床、特殊加工機(jī)床、加工中心、銑床、磨床的占比相對(duì)較高，數(shù)控車床的比例更是高達(dá)一半以上。 （ 2） 調(diào)整螺旋傘齒輪嚙合的印痕 ， 用涂紅丹粉的 方法檢驗(yàn)從動(dòng)螺旋傘齒輪的嚙合印痕該為 ： 齒面接觸斑點(diǎn)沿齒高方向長(zhǎng)度為全齒高的 37%—60%， 距小端 齒長(zhǎng)7%—15%， 非工作凹面的接觸斑點(diǎn)控制在齒的中部 [9]。上圖為 FeN 狀態(tài)圖，圖中有兩個(gè)共析反應(yīng)：在 590℃ ， ωN%=%處，發(fā)生7 γ→ ɑ+Fe4N(γ′)反應(yīng)；在 650℃ , ωN%=%處發(fā)生 ε→γ+ γ′反應(yīng)。 γ 相中，氮原子位于八面體間隙。 (5)ξ相。同事合金元素促使ɑ Fe能溶解更多的氮原子，使微觀應(yīng)力 增大，硬度提高；氮化后的快冷使過(guò)飽和固溶體發(fā)生時(shí)效，也可增加基體的硬度。 滲氮層的質(zhì)量檢驗(yàn) 外觀 正常的氮化零件表面應(yīng)呈銀灰色，若表面出現(xiàn)黃或藍(lán)等顏色，說(shuō)明在氮化或冷卻過(guò)程中零件表面被氧 化 [15]。 滲氮層深度的測(cè)定 從表面至與基體組織有明顯分界為止的距離為氮化層深度。 硬度法是將滲氮后的試樣從表面沿層深方向測(cè)得一系列硬度值，維氏硬度為 500HV試驗(yàn)力為 ， 以上者皆可算在氮化層內(nèi)。 10 滲氮層淺 氮化層深度不足的原因是：氮化溫度偏低；保溫時(shí)間太短；氨分解率過(guò)高或過(guò)低；使用了新的氮化罐或夾具；工件之間距離太近等。 工件變形大 產(chǎn)生工件變形的原因是零件氮化前機(jī)械加工或預(yù)備熱處理的殘余應(yīng)力未徹底消除；零件形狀復(fù)雜，厚薄尺寸相差懸殊，有易變形的尖角、棱角等；氮化技術(shù)要求不合理，要 求滲層太深或不均勻的局部氮化；氮化溫度過(guò)高或不均勻，氮化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；出爐過(guò)早；升降溫過(guò)快或氨氣流量不穩(wěn)定等都會(huì)導(dǎo)致變形增大。 針狀或魚(yú)骨狀氮化物 產(chǎn)生針狀或魚(yú)骨狀氮化物的原因是工件表面有 脫碳層、氨氣含水量高造成脫碳或氮化前鋼內(nèi)已有大塊鐵素體或上貝氏體組織。氮化溫度低，一般 480~600℃ ，常用 560℃ ，而且氮化后通常爐冷，因此氮化后工件變形很小。所以對(duì)材料的選擇及工藝的 選擇 非常重要。離子滲氮是在充以含氮?dú)?體的低 真空爐體內(nèi)把金 屬工件作為陰極爐體為陽(yáng)極，通電后介質(zhì)中的氮?dú)湓釉诟邏褐绷麟妶?chǎng) 下 被電離，在 陰陽(yáng)極之間形成等離子區(qū)。 齒輪材料的的性能表征 離子滲氮過(guò)程中， 離子滲氮作為強(qiáng)化金屬表面的一種 化學(xué)熱處理 方法，廣泛適用于 鑄鐵 、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等。原材料的檢驗(yàn)、鑄造、壓力加工、熱處理等一系列生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量檢測(cè)與控制需要使用金相顯微鏡，新材料、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)以及跟蹤世界高科技前沿的研究工作也需要使用金相顯微鏡 。 為了清楚地了解滲氮層的組織及成分 ， 因而 借助 金相顯微鏡和 XRD 衍射儀等儀器，幫助我們更好地探索試樣的性能。 物相分析不同于一般的元素分析，它不僅可獲悉物質(zhì)所含的元素，更側(cè)重于元素間的化合狀態(tài)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的分析。峰形與樣品是晶體還是非晶體有很大關(guān)系，如果是饅頭峰則為標(biāo)準(zhǔn)的非晶，如果是明銳的尖峰則為晶體，峰越尖銳，半高寬越小，則表明結(jié)晶越好。對(duì)于被檢測(cè)材料而言，硬度是代表著在一定壓頭和試驗(yàn)力作用下所反映出的彈性、塑性、強(qiáng)度、韌性及磨損抗力等多種物理量的綜合性能。這里包括肖氏和里氏硬度試驗(yàn)法。磨損是一個(gè)物體由于機(jī)械的原因，與另一固體的，液體的或氣體的配對(duì)件發(fā)生接觸和相對(duì)運(yùn)動(dòng)而造成表面材料不讀那損失的過(guò)程。如果在相同的條件下（相同的磨擦系數(shù)、成分、組織、環(huán)境條件等等），硬度和耐磨性存在非線性的正比關(guān)系。 紙經(jīng)受橡皮、砂紙和類似物體摩擦作用時(shí)的耐久性也稱耐磨性。 本次摩擦磨損試驗(yàn) 采用 BDW3 型球盤(pán)磨損試驗(yàn)機(jī)， 通過(guò)滲氮試樣磨痕的表面形貌，摩擦系數(shù)及磨屑的重量，來(lái)測(cè)定磨損的程度及耐磨性。調(diào)質(zhì)處理后得到 回火索氏體 ， 回火索氏體是馬氏體 于回火時(shí)形成的，在 光學(xué)金相顯微鏡下放大 500~600 倍以上才能分辨出來(lái)，其為鐵素體基體內(nèi)分布著碳化物球粒的復(fù)合組織。 X 射線衍射是利用 X 射線在晶體或非晶 體中的衍射與散射效應(yīng)進(jìn)行物相的定性和定量分析、結(jié)構(gòu)類型和不完整 性分析的技術(shù)。 根據(jù)資料 ， 自工 作表面向內(nèi) ， 化合物層隨著FeN→Fe 2N→Fe 3N→Fe 4N 組織變化而實(shí)現(xiàn)工件的滲氮 。m 22 原始試樣及 離子滲氮 試樣的硬度比較 “硬度”在應(yīng)用技術(shù)上的意思是一種材料受著另一種更硬的物 體壓入的力所呈現(xiàn)的阻力大小。氮離子注入前后，試樣表面硬度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 五 。但當(dāng) 氮化溫度升高，氮化物長(zhǎng)大并和基體脫離共格聯(lián)系時(shí)，硬度將降低。m 400181。 隨著時(shí)間的延長(zhǎng) ， 摩擦系數(shù) 基本在 左右浮 動(dòng) ，最后趨于平穩(wěn) ， 約為 。 26 結(jié) 論 本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì) 機(jī)床齒輪用鋼 40Cr 進(jìn)行離子氮化處理，分別測(cè)定未滲氮試樣和離子氮化處理后試樣 的 硬度、耐磨性 等性能，并 將離子滲氮前后的性能進(jìn)行 分析 比較，得出以下結(jié)論： （ 1） 離子滲氮后的 滲氮層 組織為回火索氏體和氮化物，心部組織為回火索氏體。( 5):4749 [22] 傅璞 ,40C r 熱處理工藝及其組織與性能 , 機(jī)械工程與自動(dòng)化 ,20xx,(10)： 8692 28 [23] 謝飛 ,馬寶鈿 ,何家文 .鋼的快速深層滲氮研究進(jìn)展 .材料導(dǎo)報(bào) ,1998。Regional Centre for Military Airworthiness (Foundry and Fe), CEMILAC, DRDO, Bangalore560 037, India Department of Materials Engineering, Indian Institute of Science, Bangalore560 012, India Received 25 June 20xx. Accepted 28 November 20xx. Available online 10 December 20xx Abstract In the present investigation, ion nitriding of Maraging steel (250 grade) has been carried out at three different temperatures ., at 435℃, 450℃ and 465℃ for 10 h duration in order to achieve good wear resistance along with high strength required for the slat track ponent of aircraft. The microstructure of the base material and t