【摘 要】
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为改善45钢材料的耐磨耐蚀性,本文采用离子渗氮工艺对其进行表面处理,试验变量为渗氮温度（480℃与520℃）和氮氢流量比（1:3与3:1）,探讨渗氮工艺对45钢组织与性能的影响,并利用固体与分子经验电子理论计算出渗后物相的晶体结构,分析晶体结构对性能的影响,探讨渗氮层相结构对组织影响的机理,为渗氮工艺的改进提供理论支撑。离子渗氮试验表明,当渗氮温度相同时,氮氢流量比为3:1时渗层的厚度、硬度、耐磨
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为改善45钢材料的耐磨耐蚀性,本文采用离子渗氮工艺对其进行表面处理,试验变量为渗氮温度（480℃与520℃）和氮氢流量比（1:3与3:1）,探讨渗氮工艺对45钢组织与性能的影响,并利用固体与分子经验电子理论计算出渗后物相的晶体结构,分析晶体结构对性能的影响,探讨渗氮层相结构对组织影响的机理,为渗氮工艺的改进提供理论支撑。离子渗氮试验表明,当渗氮温度相同时,氮氢流量比为3:1时渗层的厚度、硬度、耐磨耐蚀性均高于氮氢流量比为1:3的渗层,但前者的力学性能劣于后者;当氮氢流量比相同时,渗氮温度为520℃时渗层的厚度、硬度、耐磨耐蚀性均高于渗氮温度为480℃的渗层,但前者的力学性能劣于后者。四组渗后试样的冲击吸收功下降为原始试样的26%-35%,说明离子渗氮显著增大了基体的脆性;45钢渗氮层主要由α-Fe、ε-Fe2-3N和γ′-Fe4N组成,后两者为渗氮新相。当氮氢流量比一致时,温度为520℃时渗层中ε-Fe2-3N的含量高于480℃时,α-Fe、γ′-Fe4N的含量均低于480℃时;当渗氮温度相同时,氮氢流量比为3:1时渗层中ε-Fe2-3N的含量高于1:3时,α-Fe、γ′-Fe4N的含量均低于1:3时。理论计算结果表明,晶体的共价电子密度和原子平均键合能由低至高的排序均为α-Fe<Fe4N<Fe3N<Fe2N,对应表示渗氮新相的硬度和耐磨性均高于基体相,且ε-Fe2-3N的硬度和耐磨性均高于γ′-Fe4N晶体;晶格电子密度由高至低的排序为α-Fe>Fe4N>Fe3N>Fe2N,表示渗氮新相的耐蚀性均优于α-Fe晶体,且ε-Fe2-3N的耐蚀性优于γ′-Fe4N;塑性因子由高至低的排序为α-Fe>Fe4N>Fe3N>Fe2N,表示渗后新相的塑性比基体差,且ε-Fe2-3N的塑性比γ′-Fe4N更差。理论计算印证并解释了试验部分离子渗氮对45钢性能的影响。适当减少ε-Fe2-3N的生成对降低材料脆性具有重要意义。在本试验条件下,适当降低离子渗氮温度以及氮氢流量比能够保护45钢的力学性能。
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