控压氮化工艺对42CrMo钢渗后组织和性能的影响

作     者：李瑞鑫 吴重仲 王一民 刘大勇 闫文吉 丁彦超 曲明贵 吕知清 

作者机构：燕山大学机械工程学院先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室 中广核福建风力发电有限公司 燕山大学亚稳材料技术与科学国家重点实验室 

出 版 物：《表面技术》 (Surface Technology)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.52171050) 上海大件热制造工程技术研究中心资助项目(18DZ2253400) 河北省创新能力提升计划项目(22567609H) 

主　　题：气体渗氮 增压渗氮 42CrMo钢 微观组织 表面硬度 氮化层 

摘      要：目的 在较短时间与较低温度下，制备力学性能稳定的均匀氮化层。方法以合金结构钢42CrMo为研究对象，通过调控气体氮化工艺中的温度与保温时间，同时引入压力参数研究42CrMo钢的表层力学性能和微观组织的演变。对控压氮化后试样的渗氮层表面硬度、厚度、化合物组成以及N元素的分布进行分析和测试。结果温度510℃、压力0.3MPa、时间5h的条件下控压氮化工艺下可达到较优渗氮效果，硬度最高可达790HV，化合物层分布均匀，N浓度显示扩散区深度超过180μm。渗氮层受压力影响较大，增压状态可以加速氮化过程并使得渗氮层分布更均匀；在温度较低时增加保温时间可以提高氮化硬度与梯度，温度较高时则不明显；在短时间氮化时提高温度有助于改善氮化效果，长时间则不明显，提高温度与时间对N浓度扩散均有较大影响。渗氮层表面存在N浓度较高的由N原子和Fe原子化合形成的Fe2～3N与Fe4N等化合物。氮化后工件表面N原子浓度最高可达10%（mass）以上，随着渗层深度增加氮化物含量逐渐降低。结论与传统气体氮化工艺相比，控压氮化工艺在提升氮化效率的同时使得氮化层组织结构分布更加均匀，较大幅度提升了综合力学性能。