來揚電氣解密：31CrMoV9齒圈超深層深氣體氮化工藝

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氣體滲氮的介質是氨氣(NH3)，氣體滲氮的結果主要由氨在爐內的行為來確定，而氨在爐內的行為主要由滲氮溫度、滲氮時間及氨的分解率(爐氣氮勢)所影響。因此，31CrMoV9氮化工藝試驗方案主要對滲氮溫度、滲氮時間及爐氣氮勢進行調整，以期開發兼具高質量和率的氮化工藝。

工藝方案1氮化有效時間為104h，為三段滲氮法，*段在515℃滲氮，使表面形成彌散度較大的氮化物及高的氨濃度，第二段升至525℃，并降低氮勢，使氮原子快速向內擴散，第三階段溫度仍為525℃，進一步降低氮勢，進行退氮。從試驗結果看，其層深較深，形成了近似脈狀的較粗氮化物，且白亮層較厚，脆性等級也為2級，試樣壓痕多邊均出現細小裂紋。

工藝方案2氮化有效時間為200h，也為三段滲氮法，氮化溫度有所降低，*段時間縮短，增加第三段時間，氮化物細條狀，幾乎沒有白亮層及疏松現象，脆性等級為1級，試樣壓痕沒有任何裂紋及塌邊。

試樣工藝方案3為兩段滲氮法，先在505℃滲氮，氮勢介于工藝方案1與工藝方案2之間，第二段升至510℃，氮勢也介于工藝方案1與工藝方案2之間。

31CrMoV9合金元素含量較高，特別是釩與氮的親和力較強，較易形成氮化物，三種工藝方案均存在脈狀氮化物，工藝方案1由于強滲與擴散比較大，擴散時間過短，擴散層中有較多的呈脈狀的氮化物;工藝方案2及工藝方案3中由于氮勢較低，強擴比較小，擴散層中只存在少量的脈狀氮化物。

三種工藝方案中以工藝方案1的試樣表面硬度高，工藝方案2及工藝方案3的表面硬度相仿，但工藝方案1氮化溫度高，為515～525℃，其原因主要是由于工藝方案1氮勢高，其表面生成的氮化物多，而31CrMoV9氮化的表面高硬度不僅和滲氮溫度相關，還和合金氮化物的數量和狀態相關。

31CrMoV9氮化時產生的表面白亮層超標是其氣體氮化的主要問題之一，一般認為白亮層為ε+γ，必須要控制表面的氮化物的含量。工藝方案2得到的白亮層少，其主要原因是氮化時間足夠長，氮勢足夠低，使試樣內外氮濃度達到均勻一致。工藝方案3由于采用相對較低的氮勢和長時間擴散，表面形成的白亮層也較淺。工藝方案1則由于氮勢高，強滲時間長，且溫度高，試樣內外氮濃度不均衡，更易生成較厚的白亮層及較差的疏松等級。此外，當白亮層出現明顯疏松時，其脆性也會增加，工藝方案2、3的脆性明顯優于工藝1。