离子渗氮工艺参数对4Cr5MoSiV钢表层组织与性能的影响

目的 研究离子渗氮的温度及时间对4Cr5MoSiV钢渗氮层组织、表面硬度及耐磨性的影响，获得提高硬度、耐磨性的最优工艺参数。方法 对4Cr5MoSiV钢表面进行离子渗氮处理，渗氮温度分别为450、480、510、540 ℃，保温时间分别为5、10、15、20 h。利用维氏显微硬度仪测量渗层深度及表面硬度；利用X射线衍射仪分析渗层物相组成；利用摩擦磨损试验机评价试样耐磨性；通过扫描电镜观察表面磨痕区域。结果 离子渗氮渗层表面的物相主要为γ''-Fe4N相和ε-Fe2~3N相。在实验范围内，随着温度的升高或时间的增加，材料渗层深度、表面硬度增加，磨损率减少，但当温度过高或时间过长时，表面硬度下降，磨损率增加。在480 ℃的条件下进行20 h离子渗氮的材料，表面具有最好的摩擦学性能，表面硬度为1147 HV0.2，磨损率为2.13×10-5 mm3/(N?m)，渗氮层深0.24 mm，化合物层深14.05 μm，摩擦系数为0.45，磨损状态为磨粒磨损。结论 离子渗氮是适合于变截面弹簧的表面强化方式，可以在材料表面形成具有一定厚度、均匀分布的渗氮层组织，显著提升表面硬度和耐磨性，降低摩擦系数。

Effect of Ion Nitriding Process Parameters on Surface Properties of 4Cr5MoSiV Steel