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本文采用调质处理+低温气体多元共渗+电镀锌复合处理工艺,不仅使45钢和20MnTiB合金钢的力学性能得到了提升,还显著提高了其耐腐蚀性能和耐疲劳性能。该工艺主要用于高强螺栓的表面处理,试样表面美观,具有较高的硬度、抗拉强度以及良好的冲击韧性,同时还有很好的防腐性能和较高的疲劳强度,该新型复合处理工艺具有重要的工业价值。分别对8.8级高强螺栓钢(调质态45钢)和10.9级高强螺栓钢(调质态20MnTiB钢)进行三种不同的表面处理(多元共渗、镀锌处理、复合处理),利用激光共聚焦、超景深三维显微镜、X射线衍射(XRD)等分析测试技术,对不同表面处理后的两种高强螺栓钢试样进行了显微组织和宏观形貌观察,分析了其表层的物相组成,测定了镀锌层和多元渗层的结合强度及其常规力学性能,采用中性盐雾腐蚀试验和高频疲劳试验分析评价了其防腐性能和疲劳性能,通过扫描电镜(SEM)分析了其拉伸和疲劳断裂机理。试验结果表明:45钢复合处理后,晶粒更加细小,渗镀层组织均匀致密,镀锌层与多元渗层的结合强度良好,渗镀层厚度为50μm;经XRD分析得出样品表面存在有Zn(镀锌层)、氮化物(Fe3N)、碳化物(Fe3C)和氧化物(Fe3O4),其中碳化物和氮化物起到弥散强化的作用;渗镀层的显微硬度最大可达到636HV0.025左右,大约是基体显微硬度的两倍;抗拉强度为830MPa,提高到原材的1倍;冲击吸收功为32.9J,是原材的78%;其抗盐雾时间845h后保护等级达到9级(观察面开始出现少许点状红锈),防腐时间达到了原材的170倍左右;缺口试样的条件疲劳极限为369MPa,较原材的缺口试样有所提升。20MnTiB合金钢复合处理后,由于合金元素的影响,其渗镀层厚度仅仅28μm;渗镀层的物相主要有Zn(镀锌层)、氮化物(Fe3N)、氧化物(Fe203)和碳化物(Fe3C)等。渗镀层显微硬度最高可达到756HV0.025,抗拉强度可达到904MPa,提高到原材的1.1倍,冲击吸收功为166.5J,表现为较好的冲击韧性,但较调质态有所下降,其抗盐雾时间846h后保护等级达到9级,得到了大幅度的提高,缺口试样的条件疲劳极限为382MPa,较原材的缺口试样有所提高。