渗碳工件的热处理方法和残余应力

D0I:10.13374/j.is8m1001-053x.1979.02.010 北京钢铁学院学报 1979年第2期 渗碳工件的热处理方法和残余应力 北京钢铁学院金和教研室 李承基 胡梦怡 摘 要 本文主要研究渗碳后的不同热处理工艺对表层残余压应力大小及其分 布的影响，說明渗碳后等温淬火这項新工艺的特点。研究结果表明，对凿 岩机轩尾渗碳后等温淬火有效地提高了凿岩寿命，是由于渗碳淬火造成了 表层和心部的成份、组织的差异而使表层产生一层有利的我余应力起作用 的结果。文章进一步指出，高碳钢的氨化一一淬火工艺往往比渗碳钢具有 较高的疲劳强度及使用寿命，可能由于它有更高的表面我余应力。另外， 表面复合强化工艺可有效地改善表面我余应力分布，可能是一个值得重视 的方向。 一、緒 言 渗碳表面强化作为提高工件的疲劳强度，多冲抗力及耐磨性的方法，应用是很广的。我 们在和许多厂矿共同研究重型导轨式凿岩机钎尾热处现工艺过程中发现，即使对于40Cr这 种中碳合金结构钢制的钎尾，经渗碳后淬火也能有效地提高其酱岩寿命〔1)。这些工艺的共 同特点是具有渗碳后进行等温淬火或分级一一等温济火的性质。我们曾从显微组织的特点方 面来解释这种工艺对背岩寿命的影响，即心部获得下贝氏体而具有较好的你合机械性能〔2)。 但是，以后的进一步分析发现，事情並不此简单。诈多工作已经指出：表层的残余应力对 工件的疲劳抗力有重要的影响〔3〕。 表层残余应力对渗碳淬火钢的疲劳抗力影响很大〔4、5、6)，甚至是起决定性作用的， 如图1所示。也可以认为，渗碳淬火之所以能有效提工件的疲劳抗力，正是由于渗碳淬火 造成了表层与心部的成份、组织的差异而使表层产：生一层有利的残余应力。但是表层残余应 力的大小和分布状态很容易受钢种、渗碳工艺、渗碳后的淬火方法、以及回火的影响。 有的研究工作已经指出〔7、8、9)：如果能保证表层的马氏休转变滞后于心部的马氏体 转变，那么就可以显著提高轴承的表层残余压应力，从而提高疲芳抗力及轴承的使用寿命。 因此，渗碳后进行在渗碳层的Ms点（约为90~130℃）以上及心部的Ms点（约为320 360℃)以下的等温淬火或分阶一等淬火，很可能在获得表层残余压应力方面是特别有利 的。因为这种工艺能够保证表层马氏体转变滞后于心部的马氏休转变，即表层马氏休转变主 耍发生在等温之所冷却到室温的过帮巾。 110

北 京 钢 铁 学 院 学 报 19 79 年 第 2 期 渗 碳 工 件 的 热 处 理 方 法 和 残 余 应 力 北 京钢铁 学院金扣 教研 室 李承基 胡梦 怡 摘 要 本文 主要 研 究渗碳后 的不 同热处 理 工 艺对 表层 残 余压 应力大小及 其分 布 的影 响 , 锐 明渗碳后等温淬 火这 项 新 工 艺 的特点 。 研 究 结果 表明 , 对 凿 岩 机钎尾 渗碳后 等温淬火 有效地 提 高了凿 岩寿 命 , 是 由于渗碳 淬火造成 了 表层 和 心 部 的成 份 、 组 织 的差异 而 使表层 产 生一 层 有 利 的残 余应 力起 作用 的结果 。 文章进一 步 指 出 , 高碳钢 的 氮 化— 淬 火工 艺住 往 比 渗碳钢 具 有 较 高的疲 劳强 度 及使 用寿 命 , 可 能 由于 它有 更 高的表面 残余 应力 。 另 外 , 表 面 复合 强 化 工 艺 可 有 效地 改 善表面 残 余 应 力分布 , 可 能是一 个值 得重 视 的 方 向 。 一 、 绪 ~ 水一 口 渗碳 表面 强 化作为 提 高工件 的疲 劳 强度 , 多 冲抗 力 及耐 磨性 的 方法 , 应 用 是很广 的 。 我 们在 和许 多厂 矿共同研 究 重型 导轨式 凿 岩机钎尾热 处理 工 艺过 程 中发 现 , 即使 对于 40 C r 这 种 中碳合 金结 构 钢制 的钎尾 , 经 渗碳 后淬火 也能 有效地提高 其 凿岩寿 命 〔均 。 这 些 工 艺 的共 同 特点 是具 有渗 碳后 进行 等 温淬火或 分级一 一 等温淬 火的性 质 。 我们 曾从显微 组织 的特 点 方 面 来解释这种工 艺对 凿岩寿 命 的影响 , 即 心部获得 下 贝 氏体而 具 有较好 的综 合机械性能 〔2 〕 。 但 是 , 以 后 的进一 步 分析发 现 , 事情 亚不 如此简 一 单 。 许 多 工作 已 经 指出 : 表层 的残余应 力 对 工件的 疲劳 抗 力有重要 的影 响 〔3 〕 。 表 层残余应 力 对渗碳 淬 火钢 的疲劳 抗 力影响 很大 〔4 、 5 、 6〕 , 甚 至是 起决定 J 胜作 用的 , 如 图 1 所示 。 也可 以 认为 , 渗 碳 淬火之 所 以 能有效提 高工件 的 疲劳 抗 力 , 正是 由于渗碳 淬 火 造成 了表层 与心 部的 成份 、 组织的差 异 而使 表层 产生一 层 有利 的残余应 力 。 但是 表层残余 应 力 的 大小和分布状态很容 易 受钢种 、 渗 碳 工 艺 、 渗碳 后 的淬 火方 法 、 以 及回火的影响 。 有的研 究 工作 已经 指 出〔7 、 8 、 的 : 如果 能 保 证 表 层的 马 氏体转 变滞后 于 心部 的马氏体 转 变 , 那 么就可 以 显 著提 高轴承 的表 层残 余 压应 力 , 从 而提 高疲劳 抗 力 及轴承 的使用 寿命 。 因此 , 渗 碳后 进 行在渗碳 层 的 M s 点 ( 约 为 90 一 1 3 0 ℃ ) 以 上 及心部的 M s 点 ( 约 为 3 20 ~ 36 0 ℃ ) 以下 的等 温淬 火或 分阶一 等 淬 火 , 很可 能 在 获得 表层 残 余 压应 力 方面 是特 别有利 的 。 因为这 种工 艺能够 保 证 表层马 氏体 转 变滞后 于心 部的马 氏体转 变 , 叩表层马 氏体转 变主 要 发生 在等温 之 后 冷却 到 室温 的过程 中 。 1 1 0 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1979. 02. 010

水文要研究修碳的不同热处理工艺对表我余应力大小及其分布的影响，以伊逃 -一步说明纤电热处理新工艺的特点。 二、实验方法 1.实验用试样及纤尼所川钢材是国前应 州的纤具钢，其化学成份如表1所示。 50 测定表层残余应力的试样为35SiMn2 0 MoV钢制的一般冲击试验的梅氏试样。川 .30 心解利离来测定渗碳层的应力分布状态的试样 国止 旅点 是川30×30×100毫米的试样(30 SiMnMoV 60 钢)。钎尾及其他试样则用32Si,MnNMoV 0 05105 2.0 纲制造的。 阁1渗碳层有效硬化层深度与残余 2.、射线残余应力的测定 应力、疲劳极假的和应长系〔5) x射线应万测定是在·机部L电所的：导 和帮助下进的。 表1 试验用钢的化学成份 元茶 C Si Mn Mo 钢号 30SiMn MoV 0.30 0.57 1.73 0.30/0.50 0.07/0.15 35SiMn2MoV 0.37 0.90 1.60 ·0.60 0.15 32Si:Mn2 MoV 0.37 1.70 1.60 0.55 0.25 川x射线测定应力的条件如表2所东。采用Sin中四点法（0°、15°、30°、45)及 0一45让，峰测位程用抛物线法前定，测延值的甭复精度在±7公/毫米2以下。 表2 x射线测定成力的尔件 8 所用x射线 CrK 管电流 7爸安 滤波片 钒 计邀范围 1600或800次/秒 发散角 1.2° 时间常数 16秒 平行光栏面积 4×8毫米2 扫指速度 2°/分 管电压 30KV 衍射线 M:211) 试样表-一般经电解抛光。电解液比，为30%甘汕+70%过饱和氯化铵溶液。电解设 备采用动电极抛光机。电E为10V,电流1.5毫安，抛光面积为300毫米2。抛光速度约 0.01毫米/分。 在测定表层内应力分布的电解剥离所用电解液与上相同。采用电解槽，电压为10V,电流 111

术文 主 要研究渗碳 后 的不l司热处 理 工 艺对 丧洲残余 托应 力大小 及其 分布的影 响 , 日 便进 一 步 说 明钎尾 热处 理新 工艺 的特点 。 二 、 实马叙方 法 八 、 介火蝴关从巾) 刃草振琪嫂 “ 呆崛贬令è八\ 众侧漆榭匕 1 . 实验 用试样 及钎尾 所用 钢材 是 }如i汀应 用的钎 具钢 , 其 化学 成份 如表 l 所 示 。 测定 表层 残余 应 力 的试 样 为 35 SI M n : M o V 钢 制的一 般冲 击试验 川 的梅 氏 试样 。 用 电解剥 离来 测 定渗碳 川 的应 力 分布状 态的试 样 是 J了{ 3 0 义 3 0 x 1 0 0 : `苞米的试 样 ( 3 0 S I M n M o V 钢 ) 。 钎尾 及其他试样 则用 3 2 5 1 : M n N M o V 勺习制造 的 。 2 . x 射 线残余 应 力的测定 x 射线应 万 测定是 在 一 机 部机 电所 l均 比导 一 5 0 一 4 0 一 于O 之斗 { ~ 、 、 卜 办 「 - - 一一产 一 二… 气 才 口心、 , 一 C / 口 坎5 I D 1 . 5 2 . 0 图 1 渗碳 层 有效硬 化层深 度 与 残 余 应 力 、 疲 劳极限 的相应 关系 〔5〕 和 帮 助 一 下进 行的 。 表 l 试 验 用钢的 化学 成份 \ 一 元 索 { 宁.、 { : 一 C 5 1 { “ T l飞 M o v ~ 、 、 、 、 , 一 . 产八` 八nUC bh ù … nd qo乃O 八ULū了 `. 3 0 八Un曰 S I M n M o V 3 5 S I M n ; M o V 3 2 S i Z M n : M o V 0 . 5 7 0 . 9 0 1 . 7 0 0 . 3 0 / .0 5 0 { 0 . 07 0/ . 1 5 0 . 6 0 0 _ 5 5 0 . 1 5 0 . 2 5 j }J x 射线 测 定应 力 ! ’ }勺条件 如表 2 所 示 。 采用 S i n “ 冲 四点法 ( o “ 、 15 。 、 3 0 ” 、 凌5 “ ) 及 0 。 ~ 4 5 “ 法 , 峰 测位 钾 厂fJ抛 物线 法确 定 , 测定值 的 谁复精度 在 士 7 公斤 / 毫 米 “ 以 下 。 表 2 x q寸线 测定应 力 的条件 〕 所 用 x 射线 滤 波片 发散 角 平 行 光栏 面积 竹 电压 C r K 。 4 又 8毫 米 “ 3 O K V 竹 电流 计数范 围 时 间常 数 扫描速 度 行了射线 7 户乙安 1 6 0 0 或 8 0 0 次 / 秒 1 6 秒 2 “ / 乡于 M : : 1 1 ) 试 样 表而一 般经 电解抛 光 。 电解液 配 比 , 为 3 0 % 一 卜于汕 十 70 % 过饱 和 氯化钱 溶液 。 电解设 备 采用 动 电极 抛 光机 。 电 ’ 压为 10 V , 电流 1 . 5 毫安 , 抛 光面积 为 30 0 毫 米 “ 。 抛 光 速度 约 .0 D工毫 米 / 分 。 在测定表层 内应力 分布 的电解剥离所 用电解液 与 卜相同 。 采用 电解槽 . 电压 为 l o V , 电流 11 1

为6~7安培，抛光面积30×100毫米2，抛光40分钟剥去0.15~0.20毫米。 三、实验结果与分析 1.渗碳后等温淬火与渗碳淬火低温回火后的表层残余应力的比较 几年来对凿岩机纤尾热处理工艺的研究结果表明，渗碳后的等温淬火比之通常的渗碳淬 火低温回火工艺，具有较高的平均使用寿命。而且发现不能单纯从心部获得一定量的下贝氏 休的组织因素来解释寿命的高低。考虑到表面残余应力对疲劳抗力的重要影响，是否这两种 不同的热处理工艺在获得表层残余应力状态会有所差别呢？为此，我们初步研究了这两种工 艺的表层残余应力状况。 第一组试样采用35SiMn2MoV钢的冲击试样，经固体渗碳厅，分别进行等温淬火及通 常的淬火低温回火。然后用x射线应力测定法测定了表面的残余应力，结果如表3所示。从 表3所测定的两套试样的结果可以看到，等温淬火比通常的淬火低温回火工艺具有更高的表 而残余爪应力。等温淬火后再经低温回火，其表面残余应力也还比较高。 表3 35SiM·2MoV钢渗碳后等温淬火及济火低温回火的残余应力 热 处 理 试样号 残余应力公斤/毫米2 周体渗碳后880-900℃盐浴炉 3-1 -57.0 加热260℃硝酸炉等温40分钟 3-2 -72.0 周体渗碳后880-900℃盐浴炉 6-1 -14.0 加热、济油260℃回火90分钟 62 -21.0 阿体渗碳后880-900℃盐浴炉 4-1 -41.0 炉加热260℃硝盐炉等温40分钟， 41-2 -35.0 260℃回火90分钟 第二组试样采用30 SiMnMoV钢，尺寸为30×30×100毫米。用x射线应力测定法测定 了渗碳层的残余应力的分布，结果如图2所示。从图2可以看到，渗碳后淬油低温回火 (1)试样约在离表面距离0,6~0.7毫米深处，即相当于一半渗碳层厚度处具有最大的残余 压应力〔约为40~50公斤/毫米2)，表面的残余压应力约为20公斤/毫米2，在1.2毫米深度， 残余应力减少到20~30公斤/毫米2。但是，等温淬火(3)试样的表面残余压应力约近 40公斤/毫米2在0.2毫米深度处残余压应力减少到几平为0，然后随着深度增大其残余压应力 也增大，至1.2毫米深度残余压应力还达到60~70公斤/毫米未出现开始减少的趋势。这就表 明渗碳等温淬火比之一般的渗碳淬火低温回火工艺，其残余压应力层的厚度要厚，也可以说 其最大残余压应力不是在一半渗碳层厚度处，而是处在更深的深度，可能达到整个渗碳 层。 第三组试验是直接测定32Si:M2MoV钢钎尾表面的残余应力。其结果如表4所示。从 表4可以看出，与试样测定结果是一致的。渗碳淬油低温回火工艺的表面残余压应力（轴向） 为26.0公斤/毫米2，其凿岩寿命为298.0米。而渗碳等温淬火工艺的表面残余压应力（轴 112

为 6 一 7 安 J 一 合 , 抛 光面积 3 0 x 2 0 0毫米 “ , 抛 光 4 0分钟 一 ` , J ` 剥去 0 . 2 5 ~ 0 . 2 0 毫米 。 三 、 实验 结果 与分 析 1 . 渗 碳后 等温 淬火 与 渗碳淬 火低 温 回 火后 的表层 残余应 力的 比较 几年来对凿岩 机钎尾热处理工 艺 的研 究 结果 表 明 , 渗 碳 后的 等温淬 火比之通 常 的渗碳淬 火低温回火 工艺 , 具有较高的 平均 使用寿 命 。 而且发 现不 能单纯从 心部获得一定 量 的下贝氏 体的组织因 素来解释寿命的 高低 。 考虑 到 表面残余 应 力对 疲劳 抗 力的 重要 影响 , 是否这两 种 不 同的 热处 理 工艺在 获得表层 残余 应 力状 态 会有所 差别 呢 ? 为此 , 我 们初步研究 了这两 种 工 艺的表 层 残余应 力状 况 。 第一组试 样采用 35 SI M n ZM o V 钢 的冲击 试 样 , 经 固体渗碳 后 , 分别 进 行等 温淬火及通 常的淬火低 温 回火 。 然后 用 x 射线应 力 测定 法 测定 了 表面 的残余 应 力 , 结 果如 表 3 所示 。 从 表 3 所 测定 的两 套试样的结 果可 以看 到 , 等温淬 火 比通 常 的淬 火低温回 火工艺 具有更高 的 表 面 残余压 应 力 。 等温淬 火后再经低温 回火 , 其表面 残余应 力 也还 比较 高 。 表 3 3 5 S I M n Z M o V 钢 渗碳后 等温淬 火 及淬火低 温 回火 的残余应 力 热 处 理 试 样 号 残余应 力公斤 /毫 米 “ 固体 渗碳 后 8 8 0一 9 0 0 ℃ 盐 浴炉 加热 26 0 ℃ 硝酸炉 等 温 40 分钟 固体渗 碳后 8 8 0一 9 0 0 ℃盐浴 炉 加 热 、 淬油 2 60 ℃回 火 9 0 分钟 固休渗 碳 后 8 0 一90 0 ℃盐 浴炉 炉加热 26 0 ℃硝 盐炉 等温 40 分钟 , 2 6 0 ℃ 回火 9 0 分钟 3一 1 3 一 2 一 5 7 . 一 7 2 . 6一 1 6 2 一 1 4 . 一 2 1 . J 一 1 理一 2 一 4 1 . 一 3 5 . 第二组 试样 采用 30 SI M n M o V 钢 , 尺 寸 为 3。 又 30 X 1 0 毫 米 。 用 x 射 线应 力 测定法测 定 了渗碳 层 的 残 余 应 力 的 分布 , 结果 如 图 2 所示 。 从图 2 一 可以 看到 , 渗 碳 后 淬 油 低 温 回火 ( 1扣 试 样约在离表面 距 离o , 6一 0 . 7毫 米 深处 , 即相 当于一 半渗碳 层厚 度处具有最 大 的残余 压应 力 〔约 为40 ~ 50 公斤 /毫米 2 ) , 表面 的残余压应 力 约 为20 公斤 / 毫 米 2 , 在 1 . 2毫 米深度 , 残余应 力 减少 到 20 ~ 30 公斤 /毫 米 “ 。 但 是 , 等 温 淬 火 ( 3莽) 试 样 的 表面 残余 压应 力 约近 40 公 斤 / 毫米 “ 在 。 . 2 毫米 深度 处残余压 应 力减 少 到几乎为 o , 然 后 随着 深度 增大 其残余 压应 力 也增 大 , 至 1 . 2毫米深度残余压应 力 还 达到 60 ~ 70 公 斤 /毫 米未 出现 开 始减少的趋 势 。 这 就表 明渗碳等温淬火 比之一 般 的渗碳淬火低 温回火 工艺 , 其残余压 应力层 的厚 度要厚 , 也可 以 说 其最大 残余压 应 力不 是 在一 半渗 碳 层 厚度处 , 而 是 处 在 更深的 深 度 , 可 能达 到 整个渗碳 层 。 第 三组试 验是 直接测 定 3 2 5 1 : M n Z M o V 钢钎尾 表面 的残余应 力 。 其结 果如 表 4 所 示 。 从 表 4 可 以 看 出 , 与试 样测定结 果是 一 致 的 。 渗 碳淬油低 温 回火 工艺 的 表面残 余压 应力 ( 轴向 ) 为 26 . 。公 斤 /毫 米 2 , 其 凿岩 寿 命为 29 8 , o 米 。 而 渗 碳等 温 淬火工 艺 的表面 残余压应 力 ( 轴 1王2

120 渗碳等温 3 淬火 -20 00 888 渗碳等温浒2· 火并二次 20 0 n。 回火 40 60 6 1 20 40 渗碳淬油 -60 低温回火 -8d -10 0.4 ag 12 1.b 距表面距离（毫米） 图230 SiMn Mo V纲渗碳后不同热处理工艺对表面层我余应力分布的影响 表4 32Si,Mn2MoV钎尾渗碳淬火的表面残余应力寿命 仟尼号 热处 明 应力测酱岩寿命 表面残余应力 定部位（米） 公厅/毫米2 固体渗碳， 920℃盐浴炉加热淬 中38 18 油310℃回火90分钟 外圆 298.0 -26.0 轴向 9 固体渗碳，920℃盐浴炉加热 同上 597.0 -90.5 310℃等温40分钟 同上，但再经310℃二次回火各 尾部 -69.0 90分钟 表面 向)则高达90.5公斤/毫米2，其諧岩寿命达到597.0米。 从上述实验结果可以看出这样一个规律，即渗碳后等温淬火比之通常的渗碳淬火低温回 火工艺来说，可以获得较高的表面残余应力及较厚的表层残余压应方层。从众所周知的表层 残余压应力对疲劳抗力的有利影响的观点〔3)来看，这种渗碳等温淬火.工艺获得较高的表层 113

O 产飞 渗 { 唉等温 乡 井 卒火 / “ 水处卜 - … O 。 } l _ _ _ _ _ 一卜{ 峨 ~泛七` _ _ 习 { 一 } _ _ 1 仑井 j 群气 〕 降碳 等温淬 J {火少仁二 次 交 门 o ~ 、 、 一 …{ 回 火 O 、 _ 。 l[ _ _ _ O ! - 一一卜李\ ) ~ . J , 一 ~ . , . . O 一刁 沙\ 一 l . 气 。 ` \ 几 吞 声洲 乒 { 叹弓一尹 / / 渗碳淬油 低温回火 1 } 1 { { { li ē 。卿呆\火巾à侧长来省 图 2 钎尾 表 4 : , J …{ { ! { { o 众牛 众 e 1 . 2 1 6 距 表面距 离 ( 毫米 ) 3 o s i M n M o V 钢渗碳后 不 同热处理 工 艺对表面层 残余应力分布 的影响 3 2 5 1 : M n : M o V 许尾 渗碳 淬火的表 面残余应力 寿命 热 处 理 应 力测 凿岩寿 命 定 部位 ( 米 ) 表面残余 应 力 公 斤 /毫米 “ 翰8 , 司 nj引Jse 叹.卜tl曰` . 固 廿月 体 渗碳 , 9 20 ℃ 盐 浴炉 加热淬 油 3 10 ℃ 回火 9 0 分钟 一 2 6 . 0 固 体 渗 碳 , 9 20 ℃ 盐 浴 炉 加热 3 1 0 ℃等 温 4 0 分钟 同上 , 但 再 经 ’ 3 10 ℃ 二 次回 火各 9 0分 钟 同 1 2 9 8 5 9 7 一 9 0 . 5 尾部 表面 一 6 9 . 0 向 ) 则 高达 9 0 . 5 公斤 /毫米 2 , 其 凿岩寿命达到 59 7 . 0米 。 从 上述实 验结果 可 以看 出这 样一 个规律 , 即渗碳 后 等温淬 火 比 之通 常的渗碳 淬 火低温 回 火 工艺来 说 , 可 以 获得较高的表面残余应 力 及较厚的表层残 余压应力层 。 从众所周知 的表 层 残余压应 力对疲劳 抗力的有利影响的观 点 〔3〕来看 , 这 种 渗碳 等温淬火 工艺获得 较高的表 层 工13

我余应力能是提高钉尾寿命的一个极其重要的因索。 那么为什么渗碳等温淬火比渗碳低温阿火工艺能够获得纹高的丧成力呢？许乡研究 工作肿指〔7、8、9、10)，碳零件心部和尽组1织转变的彼此制的的特点，是生表而 我余成小的·个要川因杂。皮高碳号氏作比心部中碳马氏非的比溶大是一个特点。们更 的是高酸奥氏休的马氏作转变度(A1s)比较低，心部碳奥氏体的Ms点比较高。这 沁是说在下火过程，往往是心部首先产生玛氏体转变引起心部体积膨胀，並且获得强化。 而表面还未冷郑到其对应的马氏休点(Ms),枚仍处于过冷奥氏体状态，具有良好的塑性， 不会对心部马氏休转变的体积膨胀起严承的压制作月。随着淬火冷却温度的不断下降，使表 温度除到该处的s点以下，表而生马氏体转变，引起表层的体积的膨胀。们由丁心部 此巴饮马氏体转变而强化，所以心部对表钓体积膨胀将会起很人的压制作用，使得表层 获得残余应力。上述滑况我们引用文献〔10)的实验测定结果说明，表示在图3。图3中 月00 冷却25秒 在120°F油中冷却曲线 700 冷却35秒 bU0 冷却45秒 500 冷却60秒 307 A出线 --8620浅碳层Ms B曲线一一5141纲渗碳层Ms 200 0 20 40 60 8010012614016010 同3渗碳层的Ms点，淬火冷却温度变化与表面距离的关系〔10) 离表面距离(10时) 的A、B两尔曲线分别为8620和510钢渗碳层的马氏体点(Ms)表面含碳量高，则M5点 低。四条实线是代表冷却不同时间时的从表面到心部的截而上的实际温度分布。例如，在 120°F的油中冷却25秒时，整个截面的实际温度均未降到相应的Ms点！下，外均术： 马氏体转变。冷却35秒时，离表面约0.03~0.035时深度以内降到相应的Ms点以下，外部还 在Ms点以上。以此类推，这种心部马氏体光于表层纯变的特点，是使表层具有残余应力小的 极承婴的l纠以茶。业然，等温淬火（在渗碳层的Ms点以而在心部Ms点以下适当温度等 温湿)比之淬汕！的连续冷却更能够保证这种转变的先后顺序的特点，能保证表层马氏体转变仅 仅于等温后的冷却过程。 2.渗碳后等温淬火的等温温度和时间对表面残余应力的影响 等温温度和等温时间对表而残余应力会有什么样的影响呢？根据带岩机纤尾渗碳以后等 温济火的温度一股为260℃，这个温度处丁表面渗碳的Ms点以上並在心部的Ms点以下。 仟尼热处理工艺的实践经验衣朋，如果把等温温度提高到320~30℃以保证心部获得大量下 川氏体织，那么「尾寿命不仅没有因为心部下贝氏体组织的增多而提高，相反而会降低寿 命。为了便于分析这种现象，我们对35SiMn2MoV钢试样渗碳后在260℃及320℃等温各 M0分钟测定其表面残余应力，结果如表5所示。从表5可以看到，在260℃等温(35SiMn2 MoV钢的Ms点约为300~310℃，渗碳层的Ms点降到90~100℃。260℃等温系在心部Ms点 以下)比之在320℃等温（在心部Ms点以上)的表而残余应力要高出将近倍。可见渗碳等 11I

残余压 应力弓能 是提高钎 尾寿命 的一个极 其重要的 因索 那」作钟 么为什指出〔 渗碳等温 津火比7的i之碳 渗碳低温89零件心 回火工艺1部和表详 能够获得i1I织转变 较高的彼此 农层压应制灼的特 力呢许点是产 多研究胜表而 ? 残余压心叼自就是说 )友力的是高碳奥在淬火过 个扮川氏休的马程}毛 川{幸J泛氏体转l往是心 ).汀厅碳变温度部首先产 今氏体比心(M)生马氏体 不中碳马较flb心转变引起 氏体的部中碳奥心 比言及是氏体}、勺M积膨胀 个特点汽1匕较业且获得 仍亚高这强化 而表不会对)祥温度 还未冷却心部马氏降到该处 到其对应体转变的M点 的马氏休积膨以下表 休点(M胀起严贡而产生 )故仍的压制作马氏体转 处于过冷用随着变引起 奥氏体淬火冷表层的 状态具却温度的体积膨 育良好的不断下降胀但由 塑性使表于心部 此时已获得残 经马氏体余压应力 转变而强卜述情 化所祝我们 以心部对引用文献 表层的体〔10〕中 积膨胀将实验测定 会起很结果说 人的压制明表示 作用使在图3 得表层图3中 二 ) 撅刃薰 { 伟占昌4 (夕卜一{】匕 /二一扮, {一 {}i冷翔1 一「刁—孙】!} 飞! 2 子}一— }— }_ 二扁舀于汤i万工 石不下元一 一l 一 _ 之 6乃 一岁4才吞 .0 的八 冈B两条曲 3渗线分别为 层的M86卫。和 点淬火离表面51拍钢 冷却温度距离(1渗碳层的 变化与0一时)马氏休点 表面距离(M) 的关系〔10表而含碳 〕量高则 M点 低四120F 条实线的油中冷 是代表冷却25秒 却不同时整个 间时的从截面 表面到实际温度 心部的截均未降到 而上的相应M 实际温度点以下 分布例内外均 如在末户!:. 马氏体在M极住要 转变冷点以卜的组织 却35秒时以此类推因索牡然 离表这种等温 面约03心部马氏淬火(在 一035体先于表渗碳层的 时深度以层转变M点 内降到相灼特点!油j在心 应的M是使表层部点 点以下具有残余适当 外部还应力的温度等 温)比仅产生 之淬油的于等温后 连续冷却的 更能够过程 保证这种 转变的先 后顺序 的特点 能保证表 层马氏体 转变仅 2等温淬火 渗碳后仓凤温度和的)定一 等温淬火时间般为260 的等温对表而℃这个 温度和时残余应力温度处 间对表面会有什么于而渗 残余应样的影碳层M 力的影响呢?根点以卜 据凿岩机亚在心部 钎尾渗碳的M点 以后等下 钎尾热贝氏体 处理工组织那 艺的实践经么钎尾寿 验表明命不仅 如果把没有因为 等温度心部下贝 提高到氏体组 320一相织的增多 ℃以保证而提高 心部获得相反而会 大量『降低寿 命为勺分钟MV 了便于分测定其表钢的M点 析这种现面残余应约为30 象我力结一310℃ 们对35SI果如表渗碳层 M所示从的点 V钢试表5可降到90一 样渗碳后以看到10℃ 在260℃等温 及320℃温(5系在心 等温各siM部点 以下)1工 比之在3 20℃等温 (在心部 M点以 正:.)的表 而残余 应力要高 出将近一 倍可见 渗碳等

温淬火的等温温度对其表面残余应力状态的影响是敏感的。 表5 35SiMn2MoV钢不同等温温度的表面残余应力 热处理工.艺 试样号 表面残余应力公斤/毫米2 固体渗碳，900℃盐浴炉加热， 3-1 -57.0 260℃等温40分钟 3-2 -72.0 同上，但320℃等温40分钟 2-1 -30.0 2-2 -20.0 不仅等温温度对表残余应力状态有影啊，而上等温时间也有业影响。，我对32S2 Mn2MoV试样经固体渗碳后在310℃等温淬火，等温时间不同残余压应力也不l同，1图4 所示。从图4可以看出，在310℃等温较短时间（如2分钟)，其表面残余应力直接济 油状态差不多（约20一30公斤/毫米2）。随着等温时间延长，等温淬火后的表面残余压应力 增加。到等温90分钟以后表面残余出应力达到80~90公斤/毫米2。但是表i残余压应力随等 温时间的变化似乎出现两个阶段。等温5~10分钟后表面残余正应力增加得50一60公斤/：米 500 0 400 ,20 3% 20% 506 3c0 5% 、202150% 95% 95% 赵 (渗碳层“C”曲线) 200 R {(心部“C”曲线) 310°C等温 除 (00 的残余应力 -80 32Si:Mn2MoV 900℃奥氏体 -100 0 0.1 10 10 103 等温时问（分） 图4 32Si2Mnz1oV钢的渗碳层及心部的“C”曲我与3l0C等温过性的 表面残余应力的变化 这样的水半，等温时阳延长到40~0方冲i,期进一上增加到80~90公斤元米水半。这下 出现两个阶段的变化现象所示用的等温时间，恰好与310℃~320℃等温时心部的氏体秋变 “C”曲线及渗碳：的以氏转是“C”曲浅所对应的时回相吻古。这就足说，当心部的贝氏 体转变基本达到95%以上时，衣面我东应力出现第-一阶段的增加。之参碳开始生 1」5

温淬 火的等温 温 度对其表而残余应 力状 态的影响是 敏感的 。 表 5 3 5 SI M n : M O V钢不 同等温温度的 表面 残余应 力 热 处 理 工 艺 试 样 号 表面残 余应 力公 斤 /毫 米 “ 固体渗碳 , 90 0 ℃盐俗炉 加热 , 26 0 ℃ 等温 40 分钟 同 L , 但 3 20 ℃ 等温 40 分 钟 3 一 1 一 5 7 . 0 3 一 2 一 7 2 _ O 2 一 1 一 3 0 0 2 一 2 一 2 0 _ 0 不 仅等 温温度对表 面残 余应 力状 态有影 响 , 而且 等温时 间 也有明显 影 响 。 我 们 对 3 2 5 1 : M n : M o V 试样 经 固体 渗碳 后 在 3功 ℃等 温淬火 , 等 温时 间不 同残 余压 应 力也不 同 , 如 图 4 所示 。 从 图 4 可 以 看 出 , 在 3 10 ℃ 等 温较短时间 (如 2 分钟 ) , 其表面 残余压 应力 和直 按淬 油状 态差不 多 ( 约 20 一 30 公斤 / 毫米 “ ) 。 随着 等温时 间延 长 , 等温淬 火后的 表询 残 余压应 力 增 加 。 到 等温 90 分钟 以 后 表面 残余 压应 力 达到 80 一 90 公斤/毫 米 2 。 但是 表而 残 余压 应 力 I她等 温时 间 的变化似 乎 出现两个 阶段 。 等温 5 一 1 0 分钟后 表面 残余 压应 力增 加得 50 ~ 6 。公 斤 / 皂 米 : 5 0 0 4 0 0 呆崛曳è(\令长侧艰留 孟奋` `, 3 0 0 l 厂 - 一 ’ 「 - 一 i ’ { } { 一 r } } 一} { ! 一 { } 一 1 } . { 一 } … 沪 「 刁{ 歹 一二了 产 z …洲… 1 { / 日耳 口 州 尸洲尹产互二二笋 1} 犷 ! 了 { / - l { i 于矛 一 一 卜 一 ~ - L _ - 舅 阮 ) 日日甲挤 二) !公 1 针 !i 协 % } 、 、 . 厂 共 _ 一 洲乙 匕 , 川} 丁 { {那 { _ _ 」 ~ 尸 / 下卜 一 } i 乡{ {_ \ _ \ . …… } 寒奋 周 9 弓平 一 :竹{ 、 , 三 尸 ( 二二 悦 杀{ 伍法 \ . 、 叫 又 一 杖 万一阅 l 一 ) {{ ’ { } 井 、 { 火` 。 多百 { { _ J 日 一 、 饭 、 5 % 、 、 、 2。殊 ` 丁 一 { 1 ” % 阵瓜万务 {息 一 { 不 、 } 、 { 匕二 , 林 l 汁议 , l {} 1 _ 一 , ! ` …} 七仁二 户户产 洲 . 护尸 三 口欧犷 } ( 渗碳层 “ C ” 曲线) …{ 、 、 ~ 丁一产奋 甲.一 . ` 奋曰 一 一产尹二 ~ , 沪矛 挤心部 “ C ” 曲缈 _ ……… { { 气二 一 … ( 月F出 1{ 即 { 一 咨李 幸丫口 3 10 ” C 等温 丫 ’ 的 残余应力 }{ l , 、 3 2 5 1 : M n Z M o V 之士工压 } 9 0 0 ` C 奥氏体 }{ l 尸 一 一 ~ ~ , . - ` 资一一 , ~ — }} 1 、 、 . 一 脚 ! 一 刀 一 … 一 忿O 20刚 侧叫护 1。之 l p , 等温 1{通 一 { 口 ! ( 分 ) 图 4 32 5 1 : M n Z M o V 钢 的渗 碳层及 心 部 的 “ C ” 曲线与3 1 0 U 等温 过 程的 表 面 残 余 应 力的 变化 达 阵的水 一 平 , 等溢 }jJ 】 { { 口延 一 沃刘 羹于 一 6 。分评加 , 贝叮逃一 步增加 刘 8。一 9 。公 斤八云米 2水平 。 胜 广 出现两 个阶段 的变 化现 象所 采用的 等温时 间 , 恰 好与 3 10 七 ~ 3 2 () ` 仁 斗温时心 邵的 贝氏体 转 变 “ C ” 曲 线及渗 碳层 的贝 氏转 变 “ C ” 曲线所对 应 的 时 间相 吻计 。 这 就 是 一 说 , 当心 部的 贝氏 体 转 变丛本达 到 95 % 以 上时 , 农 面 残 佘吸 应 力 出现 第一 阶段 的 妙 加 。 之 ! { 一 了 、 ,飞、列山共开 始 ) 几 二 7丈 : 1 J S

贝氏体转变时表面残余压应力出现第二阶段的增加。这种情况是一种偶然的吻合还是其有内 在的联系，还需要进一步研究。 3.渗碳等温淬火后的回火对表层残余应力的影响 渗碳等温淬火以后，一般是不必再经低温回火的。回火后将会使表层残余压应力降低。 但是从凿岩机钎尾凿岩试验表明〔1)，渗碳等温淬火虽然可以提高钎尾螺纹退刀槽处的多冲 疲劳断裂抗力，减少在此处断裂失效的比例，可是却带来了使纤尾两端剥落掉皮失效的增 加。梅山铁矿，河北铜矿等单位的试验发现，渗碳等温淬火后再经两次低温回火可以有效减 少纤尾两端的浅层掉皮剥落现象，为此我们分析了回火对表层残余应力的影响。 第一组试验用35SiMn2MoV试验，经固体渗碳等温淬火后，分别进行一次及二次低温 回火，其表面残余应力测定结果如表6所示。从表6可以看到，一次回火使表面残余应力显 著降低而二次回火后基本上与一次回火的表面残余应力相近。但仍然比渗碳淬火与低温回火 通常工艺的表面残余压应力高。对32 Si:Mn2MoV钎尾测定结果也有相同的规律。 表6 回火对35 SiMnMoV钢渗碳等温淬火表面残余应力的影响 渗碳层 淬火温度 等温温度 次回火 二次回火 试样号 表面残余应力 (毫米) .℃ ℃ 公斤/毫米2 260 3-1 -57.0 1.2 900 (40) 3-2 -72.0 260℃ 4-1 -41.0 (90') 4-2 -35.0 260℃ 5-1 -39.0 (90') 5-2 -40.0 第二组试验用30 SiMnMoV试样测定回火对表层应力分布的影响，结果已表示在图2 中的曲线2#，从图2中曲线2#与曲线3比较中可以看到，等温淬火未经回火的表层残余应力 芳群 渗碳筝讯淬火 为 40 渗映等温济火 4# 后一次回火 Sv 20 渗碳等温淬火 5 后二次回火 02 0 0.4 离表面距离、毫米 图635SiMn2MoV铜渗碳层的残余奥氏体量分布回火的关系 11G

贝 氏体转变时 表 面残余压应 力 出现 第二 阶段的 增加 。 这种 J清况是一 种偶然 的 吻合还 是 具有内 在 的联 系 , 还需 要进一 步研究 。 3 . 渗碳等通 淬火 后的回火对农层残余应 力的影 响 渗碳等温淬火 以后 , 一般 是不必再经低 温 回火 的 。 回火后 将 会使 表层残余压 应 力 降低 。 但是 从凿岩机钎尾凿 岩试 验表明 〔1〕 , 渗 碳 等温 淬 火 虽然可 以提高 钎尾螺 纹退 刀槽 处 的多 冲 疲 劳断裂 抗 力 , 减少 在此处断裂 失效的 比例 , 可 是却 带 来了使钎尾 两端剥 落掉皮 失效的增 加 。 梅 山铁 矿 , 河北铜 矿等单位 的试验发现 , 渗 碳 等温 淬火后 再经 两次 低 温 回 火可 以 有效 减 少 钎尾两 端 的浅 层掉皮剥 落现象 , 为此 我 们分析 了回火 对表 层残余应 力的影 响 。 第一 组 试验用 3 5 SI M n : M o V 试 验 , 经 固体渗碳 等温 淬火后 , 分别进 行 一次 及二 次低 温 回火 , 其表面残余应力测定 结果 如表 6 所示 。 从表 6 可 以 看 到 , 一次 回火 使表面 残余应 力显 著 降低而 二 次 回火 后基 本上 与一 次 回 火 的表面 残余 应 力 相近 。 但仍 然 比渗碳淬 火与 低温回 火 通常 工艺 的表 面残余压 应 力高 。 对 32 吕i : M n : M O V 钎尾测定 结果 也有相 同的 规律 。 回 火对 35 SI M n M o V 钢 渗碳等温 淬火 表 面残余应 力 的影响 渗 碳层 ( 毫米 ) 淬 火. 温度 ℃ 等温 温度 ℃ 一次 回火 ℃ 二 次 回火 ℃ 试样 号 表面残余应 力 公 斤 / 毫米 名 「 2 6 0 3 一 1 1 一 5 7 . 0 9 0 0 ( 4 0 产 ) 3 一 2 { 一 7 2 . 0 2 6 0 ℃ 4 一 1 ’ 一 4 1 . 0 八一O … | … 一 ! 1 表一 1 一 ( 9 0 尸 ) 4 一 2 ’ 一 3 5 . 0 2 6 0 ℃ ( 9 0 了 ) 5 一 1 } 一 3 9 . 0 5 一 2 一 4 0 . 0 第二组试验用 3 o is M n M o V 试样测 定 回火对 表 层应 力 分布 的影响 , 结果 已表 示 在图 2 中 的曲线 2莽 。 从图 2 中曲线2莽与曲 线 3称比较 中可 以看 到 , 等温 淬 火未经 回 火 的表层残余应 力 {{ 一 { { , 、 一 仁{一 { _ } 渗碳 等温淬 火 1 {护渗后料一 尉火 次网 火 万` 禅尸 夕 。 ~ _ ` “ \ 、 ’ 、 { ” 协 渗碳等温淬火 / / , / _ , ) 后 二次 回 火 、才尸 犷 - 一 - 一 - { } 厂 - - 一 , 。 4 翁 一 - - 一一` , / / 户、 、 , . { ! f 1 } 、 { { 卜、 . i l … 沙{ .一 - 碑. . . 口口 玉夕协 ,/ 产 { ! } 丁| . 一 习 离表面 距 离 、 毫米 图 6 3 5 S I M n Z M o V牛冈渗碳 层 的残 余 奥 氏体量 分布 回 火的关 系 1 I G

分布(3#曲线)在离表面0.2毫米深处几乎降 到0了，而经二次回火的试样在相应深度处仍 bo 120 有残余压应力10-30公斤/毫米2这样高的水 SAE 1118钢 50 平。此区间残余应力的变化可能和残余奥氏体 29 40 量的减少有关。残余奥氏体量分布测定结果表 址 6 示在图5中。从图5中可以看到，二次回火后 30 19 出 的渗碳层中的残余奥氏体量显著减少。而一一次 20 R 回火则对残余奥氏体量没有明显影响，残余奥 10 30 货 氏体的比容小，减少小比容的残余奥氏体可以 A1% 使此处的残余压应力提高是可以理解的。文献 〔10)中也曾研究过残余奥氏体与渗碳层残余应 20 % 力之间的联系，如图6所示。图6表明在表层 离表面距离(10一9时) 残余压应力的降低是和存在大量的残余奥氏体 图6SAE1118钢渗碳层的残余奥 有关的。 氏体和残余应力〔10) 4.渗碳层厚度对渗碳等温淬火后表面残余应力的影响 为了掌握适宜的渗碳层厚度，我们用35 SiMn2 MoV试样研究了渗碳层厚度对渗碳等温 淬火后表面残余应力的影响，结果如图7所示。从图7可以看到，渗碳等温淬火与文献〔5)中 109 米 米 30 40 20 1.1 13 5 架 帐有效硬化层厚度（毫米） 06 Q8 .0 1214 16 18 渗碳层厚度（毫米） a) b) 图7渗碳层厚度对表面我奈应力的影响(b)图引自〔5) 研究的渗碳淬火低温回火相似(1图7(b)所示)，表面残余压应力其有一个极大值。在我 们所研究的条件下，当渗碳层厚度约为1.2毫米时，具有最高的表面残余压应力。超过此厚 度之后，表面残余应力稍有下降。 四、讨 论 关于表层残余应力状态对零件使用寿命的重要影响的问题，正在引起越来越多的人们的 注意。但还没有象显微组织状态的影响那样被广泛重视。至于渗碳这类表面强化的理论，从 残余应力方面的探讨，也是比较近期的事。渗碳之后的热处理工艺，日前通常的是淬火低温 117

。舍乞称飞\侧咯街长匕 分布 ( 3葬曲线 ) 在离表面 0 . 2 毫米深处 几乎降 到 0 了 , 而经 二次 回 火的 试样在相应 深 度处仍 有残余 压应 力 1 0 一 30 公 斤 /毫 米 “ 这 样高的水 平 。 此 区间残余应 力 的变 化可 能和残余奥氏体 量的减少 有关 。 残余奥 氏体量分布测定 结果 表 示 在图 5 中 。 从 图 5 中可 以看 到 , 二 次 回火后 的 渗碳层 中的残余奥氏体 量显著 减 少 。 而 一次 回 火则对 残余奥氏体量 没有明显 影响 , 残余奥 氏体的 比容小 , 减少 小 比容 的残余奥氏体可 以 使此处的残余压 应力 提高 是可 以 理解的 。 文 献 〔1 0 ) 中也 曾研 究过 残余奥氏体 与渗碳层 残余应 力 之间的联系 , 如 图 6 所 示 。 图 6 表明在 表层 残余压 应 力的降低是 和存在 大量 的残余奥氏体 有关的 。 i -祠 嘴 S A z 咋 E 1 1 1 8 产 . 暇 / 、 / 了 / 入\ … 述 、 0 \ 了 ” R \ 万犷一一 了 、 农 / 、 I 、一 一 洲产若 \ … { L \ k 、 产 1 ,` _ } } 孙知加和”。 牡虹琢咯傲次侧 口 ’ 2 0 闷心 石口 离表面 距 离 ( 10 一 “ 叶 ) 图 6 S A E l l l s钢 渗碳 层 的残 余奥 氏体和 残余应 力 ( 1的 4 . 渗碳 层厚度 对渗碳等沮 淬 火后表 面残余应 力的 影响 为 了掌握适宜的 渗碳层厚 度 , 我们用 3 5 S I M n Z M o V试 样研 究了渗碳层厚度对 渗碳等 温 淬 火后表面残余应力的影响 , 结 果如 图 7 所 示 。 从 图 7可 以 看到 , 渗碳等 温淬火 与文 献 〔5〕中 .形兴翻贬长侧田亲粥随\令 {r 疚 { 系 O 才 篷笋 葵之姜簇 , 犷 岁 / O 厂 尸 飞 沐 , O n 了一石一众气 _ 。 O 了 、 有 效硬 化层厚 度 ( 毫米 ) .0I和中沙的0.0 "柳琳呆\吸令侧长田丧傲旧 渗 碳层 厚度 ( 毫米 ) a ) 图 7 渗碳层 厚度对 表面残 余应力 的影 响 ( t , ) 图引 自〔5 〕 研 究的 渗碳淬 火低 温回 火 相似 ( 如图 7 ( b) 所 示 ) , 表面残 余 压应 力 具有一 个极大 值 。 在我 们所 研究 的条件 下 , 当渗碳 层厚 度约 为 1 . 2 毫 米时 , 具有最高 的表面残余压应 力 。 超过此 厚 度之后 , 表 面残余 应 力稍有下降 。 四 、 讨 论 关于表层残余应 力状 态对零 件使 用寿 命的重 要影响的 问题 , 正在引起越来越 多的人 们的 注意 。 但还没 有象 显微组织 状 态的影响那 样被广泛 重视 。 至 子渗碳 这类 表面 强 化的理论 , 从 残 余应 力 方而的探 讨 , 也是 比较近 期的事 。 渗碳 之 后 的热处 理工 艺 , 目前通 常的是 淬火 低温 1 1 7

回火。关于渗碳的等温淬火或分级-一等温淬火工艺，还是一·种比较新的工艺，它是我国 大庙铁矿工人群众的先进经验。这种新工艺需要从表面层残余力的理论才能较好的解释，推 动了这方面的研究工作，我们对这个先进经验的理论总结研究表明，渗碳层与心部马氏体 转变的先后顺序对表面残余应力是有重要影响的。降低表层马氏体点(Ms)的表面化学热 处理（如渗碳、氰化、氨化等)为造成表残余压应力提供了条件。例刻如高碳钢的氨化一 淬火工艺及氰化工艺〔7、8、9)，由于表面氮含量的提高而降低表层马氏体点Ms,获得较 高的表层残余压应力，使疲劳寿命提高。氰化工艺往往此渗碳具有较高的疲劳强度及使用寿 命，可能由于氮含量的增加比渗碳具有更高的表面残余压应力（因Ms更低）是重要因素之 一。渗碳后的等温淬火及分级—一等温淬火对 距表面深度（毫米） 于提高零件的疲劳寿命可能是有普遍意义的一 1.0 2.0 种新工艺。此外，从获得表层残余压应力的台 理分布的观点来看，表面复合强化工艺（例1 海 渗碳一一氨化、渗碳一一高频、渗碳一喷丸 碳 -60 或滚等等)可能是一个值得重视的方向。因 0.4m 为单的表面强化上艺不容易获得理想的表层止 -80 残余压应力分布，而复合的表面强化工艺则可 R 0 1.0 2.0 以有效地改善表面层残余应力的分布。知图8 所示〔3)，渗碳淬火的残余应力分布一般具有照 -20 表面低的E应力而最大压应力则出现在离表面 49 一定深度处的特点，而且残余压应力区较厚。 化 -60 但氮化后的表面残余压应力最高，往表面深处 -80 急剧下降，而且残余压应力区由于氨化层薄而 薄。如果采用渗碳氨化复合强化，则可能获得 图8渗碳、氨化层的残余应力分布〔3〕 :介的应力分布状态，当然这方面的工还需深入研究。 参 考文 献 〔I)北钢铁学院金相教研红：“重型导轨式凿岩机纤尾试验总结”北京的院科技资 料室印1975.11 〔2) 人庙铁矿、北京钢院钎尾组：“重型导轨式背岩机钎尾试验总结”承德钢厂1973年 初单 〔3) 日本金属材料学会编《金属的般芳》第211页 〔4)平修.、村上裕则，《本机械学会论文集》第25卷，155分，·545/551页， 1959年华。“炭烧入礼其石我留心力)心力操返L农太历变化心u2℃（就 报)” 〔5)鲋谷清司等：“渗碳淬火钢材的披劳强度和I残余应力”口本《材料》1968年第 17卷第183号，1124/1128页（转引1《x射我法测定残余力》）（译文集）机 电所编 〔6) :间八朗，重松道以：“浸炭部品)疲儿州…℃”日本《热处理》10卷 第6383/394项 118

回火 。 关于渗碳 后 的等温淬 火或分级 -一 等温 淬 火工 艺 , 还 是一 种 比较新 的工 艺 , 它 是 我 国 大庙铁 矿 工人群众 的 先进经 验 。 这 种新 工 艺需 要 从表面 层残 余力 的理 论刁能较 好的解释 , ` 批 动 了这 方面 的研 究工 作 , 我们 对这个 先 进经 验 的理 论总 结研 究表 明 , 渗碳 层与 心部马氏体 转 变 的先后 顺 序对表 面 残余 应力 是有重要 影响的 。 . 降低 表层 马 氏体点 ( M 、 ) 的表 面 化学 热 处理 ( 如 渗碳 、 氰 化 、 氮 化等 ) 为 造 成 表面残 余压 应力 提供了 条件 。 例 如高 碳 钢的 氮 化一一 淬火 工 艺及 氰 化工 艺 〔7 、 8 、 的 , 由于 表面 氮 含量 的提高 而降 低表 层马 氏体点 M 、 , 获得 较 高 的表层 残 余压 应 力 , 使 疲劳 寿命提 高 。 氰 化 工艺往 往 比 渗碳 具 有较高 的疲 劳强度 及 使用 寿 命 , 可能 由 于氮 含量的 增 加比 渗碳具有更 高 的表面 残余压 应 力 ( 因 M s 更 低 ) 是重要 因素 之 一 。 ` 渗 碳后 的 等温淬火 及 分级— 等温 淬少 . 对 于提 高零 件 的疲 劳寿 命可 能 是有普遍 意义 的一 种新 _ _ 匕艺 。 此外 , 从获得 表 层残余 压应 力的合 理 分布 的观点 来 看 , 表面 复合 强 化工 艺 (例 如 渗碳 — 氮 化 、 渗 碳一一 高频 、 渗碳 — 喷 丸 或 滚压 等等 ) 可能是一 个位得重 视 的方 向。 因 为 单一 的表 面 强化 工艺不 容易 获得 理想 的表层 残 余压 应 力 分布 , 而 复合 的表 面 强化 工艺 则可 以 有效 地 改善 表面 层残余应 力的 分布 。 如 图 8 所 示 〔3 〕 , 渗碳 淬火 的残 余应 力 分布 一般 具 有 表 面低 的压 应 力而 最 大压 应 力 则 出现在 离表 面 一 定深 度处的 特点 , 而 且残余 压 应 力 区较 厚 。 但 氮 化后 的表 面残余压 应 力最高 , 往 表面深 处 急剧下 降 , 而 且残 余 压应 力 区 由于 氮 化层薄 而 薄 。 如 果 采用 渗碳 氮 化复 合强 化 , 则 一 可能 获得 距 表面 深 度 ( 毫米 ) 1 . 0 2 . 0 碳渗 八口 布氮化 丫J 才 声 八ù 、U, ù2寺 的 。 · 嵘 .I 门。 氛 . , , 端 月U1 1 。 犷. 月` 侧净竹 之诵刊月Q 旧 。来兴研\火侧令长懈 综 合的应 力 分布状 态 , 当然这 方面 的工 作还 需深 入研 究 。 参 考 文 献 〔3 〕 〔至〕 〔5 〕 〔6〕 比以 训 铁学 院 金相教 研组 : “ 重型导 轨式 附岩 机 钎尾 试验 总结” ;比京 钢院 科技 资 料 室印 1 9 7 5 . 1 1 大 庙铁 矿 、 北京 钢 院 钎尾组 : “ 重型导 习L式 凿 岩机 钎尾 试验 总结” 承 德钢 厂 1 9 7 3 年 初印 日本 金属 材 料学 会编 《 金 属的疲 劳 》 第 2 14 页 平 修一人 村上 裕 则 , 《 日本 机 械 学 会 论 文 集 》 第 25 卷 , 1 5 甘 , 5 4 5 / 5 51 页 , 19 5 9勺三 。 “ 浸炭 烧 入 抓 忆 土 无) 残留启 力内 疮力 操 返 L 比 土 匀 变化 仪 。 。 〔 ( 杭 士淡) ’ ) 咐 钵清 司等 : “ 渗 碳 淬火 钢材 的 疲 分强 度 和残 余 应 力” 日本 《 材料 》 19 6 8年 第 17 卷 第 18 3 号 , 1 12 4 / 1 1 2 8 页 ( 转 引 自 《 、 射线 法测 定残 余应 力 》 ) i( 子文 集 ) 机 电所 编 卞 间八 朗 , 重 松道 弘 : “ 浸 炭部品 内 疲 比强 事 {介 、 , 〔 ” 日术 《 热处理 》 第 10 卷 第 6 号 3 8 3 / 3 9 4页 ` 宙 、产夕几l 土自Q 尹` . 、了 ` 、 1 1 8

〔7)《国际热处讨论会技术资料汇编》第一机成：北部情报所编，机械工业出版社 第3742页 〔8)同上第45顶 〔9)同上第43~44页 (10)D.P.Koistinen:"The Distribution of residual Stresses in Car burized Casesand Their Origin"Trans A.S.M. Vo150(1958)227/238 119

〔7 〕 《 国际 热处理 讨 沦会技 术资料 汇编 》 第一 机 诫 L 第3 7 一 4 2 页 〔8 〕 同上 第4 5 页 〔的 同上 第 招 一4 4 页 〔10 〕 D · P · K 0 1 s t i n e n : “ T h e D i s t r i b : , t i o n 。) f 1 0 u r i 2 e d C a s e s a l l d T h e i r O r i g i r l ” ` 1 ’ , 一 a l l s 气 V o 1 5。 ( 1 9 5 8 ) 2 2了/ 2 3 8 亚部七式报所 编 , 机 械工业 出版 社 l e s i d : l a l S t r e s s e s i n 写 . M