·710 北京科技大学学报 第33卷 渗氮后车轴钢的耐蚀性、抗磨耗性能和10？周次的 样表面轮廓最大高度R由研磨前的6.332μm降 抗疲劳性能，发现加热570℃保温2h的处理条件可 低到1.968μm 以获得最佳性能效果山.车轴是承受超高周 (>10’周)疲劳载荷的构件，但气体渗氮等表面改 性处理对车轴钢超长寿命疲劳性能和行为的影响尚 未阐明 本文基于前期研究工作的成果，对加热570℃ 保温2h的渗氯中碳车轴钢进行超长寿命疲劳试 验，分析表面渗氮层对车轴钢疲劳性能及破坏机理 20m 的影响. 图2材料的显微组织 1试验材料及试验方法 Fig.2 Microstructure observation of the material 1.1试验材料 1.2渗氨处理 试验材料是LZ50中碳车轴钢，其化学成分（质 气体渗氮是将机加工后的试样放入渗氮炉中吊 量分数)为：C0.47%,Si0.26%,Mn0.78%, 起，在NH、02和有机气体的混合物中进行，加热 Cr0.02%,Ni0.028%,Cu0.15%,Al0.021%, 570℃保温2h.其中，渗氮气体中的氧气和有机气 P<0.014%,S<0.007%.车轴轴坯经860℃和 体是催渗剂.渗氮后的试样表面层组织观察如图3 800℃两次正火加570℃一次回火处理.疲劳试样 所示，由表面到内部分别形成了大约5m氧化物 取自轴坯，加工成如图1所示的砂漏形状.试样挟 层、26m氮化物层和较厚的N固溶层. 持部直径10mm,最小断面的圆弧半径7mm,直径 氧化物层 氮化物层 N固溶层 4mm.材料为如图2所示铁素体和珠光体组织，晶 粒度为8级.屈服强度、循环屈服强度和抗拉强度 分别为330、313和628MPa,维氏硬度平均值为 HV202.为尽量减小机械加工对疲劳试验结果的影 响，试验前用400~2000砂纸逐步研磨试样的最小 断面，除去了25~30μm的表面层.砂纸研磨后试 20 um 04 图3渗氮材料的显微组织观察 Fig.3 Microstructure observation of the nitrided material 50 1.3表面层组织 100 图4为X射线衍射仪(XRD)表面层组织分析 图1试样的形状及尺寸（单位：mm) 结果.试样表面氧化物层由Fe,0,和Fe,03组成： Fig.1 Shape and dimension of specimens(unit mm) 次表面氮化物层由y'-Fe,N和e-Fe2-3N组成.由 1000m 1400- b 1200- .Fe N 800 vFe0. ·Fe0, 1000 vFeaN 600 610 800 400 1020 (00g). 600 400 200 (ZI1) (00. 200 6=: h伊 w 20 30 40 50 60 70 80 90 20 30 0 50 60 70 0 90 289 28() 图4渗氮层组织分析.(a)氧化物层：(b)氮化物层 Fig.4 Microstructure analysis of the nitrided specimen:(a)oxide layer;(b)nitride layer北 京 科 技 大 学 学 报 第 33 卷 渗氮后车轴钢的耐蚀性、抗磨耗性能和 107 周次的 抗疲劳性能，发现加热 570 ℃保温 2 h 的处理条件可 以获得最佳性能效果［11］． 车轴是承受超高周 ( ＞ 107 周) 疲劳载荷的构件，但气体渗氮等表面改 性处理对车轴钢超长寿命疲劳性能和行为的影响尚 未阐明． 本文基于前期研究工作的成果，对加热 570 ℃ 保温 2 h 的渗氮中碳车轴钢进行超长寿命疲劳试 验，分析表面渗氮层对车轴钢疲劳性能及破坏机理 的影响． 1 试验材料及试验方法 1. 1 试验材料 试验材料是 LZ50 中碳车轴钢，其化学成分( 质 量 分 数 ) 为: C 0. 47% ，Si 0. 26% ，Mn 0. 78% ， Cr 0. 02% ，Ni 0. 028% ，Cu 0. 15% ，Al 0. 021% ， P ＜ 0. 014% ，S ＜ 0. 007% ． 车 轴 轴 坯 经 860 ℃ 和 800 ℃两次正火加 570 ℃ 一次回火处理． 疲劳试样 取自轴坯，加工成如图 1 所示的砂漏形状． 试样挟 持部直径 10 mm，最小断面的圆弧半径 7 mm，直径 4 mm． 材料为如图 2 所示铁素体和珠光体组织，晶 粒度为 8 级． 屈服强度、循环屈服强度和抗拉强度 分别为 330、313 和 628 MPa，维氏硬度平均值为 HV 202． 为尽量减小机械加工对疲劳试验结果的影 响，试验前用 400 ～ 2 000# 砂纸逐步研磨试样的最小 断面，除去了 25 ～ 30 μm 的表面层． 砂纸研磨后试 图 1 试样的形状及尺寸( 单位: mm) Fig． 1 Shape and dimension of specimens( unit: mm) 样表面轮廓最大高度 Rmax由研磨前的 6. 332 μm 降 低到 1. 968 μm． 图 2 材料的显微组织 Fig． 2 Microstructure observation of the material 1. 2 渗氮处理 气体渗氮是将机加工后的试样放入渗氮炉中吊 起，在 NH3、O2 和有机气体的混合物中进行，加热 570 ℃保温 2 h． 其中，渗氮气体中的氧气和有机气 体是催渗剂． 渗氮后的试样表面层组织观察如图 3 所示，由表面到内部分别形成了大约 5 μm 氧化物 层、26 μm 氮化物层和较厚的 N 固溶层． 图 3 渗氮材料的显微组织观察 Fig． 3 Microstructure observation of the nitrided material 1. 3 表面层组织 图 4 为 X 射线衍射仪( XRD) 表面层组织分析 结果． 试样表面氧化物层由 Fe3O4 和 Fe2O3 组成; 次表面氮化物层由 γ'--Fe4N 和 ε--Fe2 － 3N 组成． 由 图 4 渗氮层组织分析． ( a) 氧化物层; ( b) 氮化物层 Fig． 4 Microstructure analysis of the nitrided specimen: ( a) oxide layer; ( b) nitride layer ·710·