渗氮组织缺陷-渗前原始组织中铁素体过多及回火索氏体组织粗大

渗氮前预备热处理目的是消除残余应力，减少渗氮件变形；改善组织，使零件心部获得合适的组织性能，为渗氮作好组织准备。

渗氮前原始组织对渗氮后零件质量有很大影响，渗氮前原始组织中铁素体量增加，使氮化层脆性增加，用声发射弯曲试验方法测定38CrMoAl钢渗氮层表面脆笥结果如表1所示。此外，原始组织中铁素体过多，使预备热处理硬度降低，影响渗氮件心部和表面硬度，如表2所示。

表1     原始组织对渗氮层脆性的影响
热处理工艺 组织特征（体积分数） 开裂载荷/kN 开裂变形/mm
930℃加热，预冷15s水淬，680℃回火 铁素体含量3.8% 19.21 0.98
930℃加热，预冷30s水淬，680℃回火 铁素体含量7.5% 17.85 0.90
930℃加热，预冷45s水淬，680℃回火 铁素体含量34.3% 16.94 0.83
930℃加热，退火 铁素体含量50% 10.74 0.66
930℃水淬，680℃回火 正常索氏体 18.80 0.94
980℃水淬，680℃回火 过热索氏体 17.02 0.83
1050℃水淬，680℃回火 粗针索氏体 18.18 0.86

表2   40CrNiMoA钢预备热处理硬度对渗氮层硬度的影响
预备热处理后硬度(HRC) 25 26 35 37
渗氮层硬度(HR30N) 62 62～62.5 72 73

渗氮前组织应为细小索氏体和少量游离铁素体，特别要控制铁素体的量，在《钢铁零件渗氮层深度测定和金相组织检验》标准（GB11354－89）中，根据原始组织中游离铁素体量和索氏体形态分为5级，如表3所示，一般1～3级合格，原始组织中铁素体量不得超过15%，不允许有粗大索氏体和脱碳层。

防止原始组织中铁素体量过多和粗大索氏体组织的措施是严格控制渗氮前的预备热处理，一般应进行调质处理，采取合适的淬火冷却，并防止淬火温度过高，回火温度一般比渗氮温度高50℃左右，对于形状复杂、尺寸稳定性和变形要求严的零件，还应进行稳定化处理，稳定化处理的温度一般等于或略高于渗氮温度。

表3   渗氮前原始组织级别
级别 渗氮前原始组织级别说明
1 均匀细针状回火索氏体，游离铁素体极少量
2 均匀细针状回火索氏体，游离铁素体体积分数＜5%
3 细针状回火索氏体，游离铁素体体积分数＜15%
4 细针状回火索氏体，游离铁素体体积分数＜25%
5 索氏体（正火）+游离铁素体体积分数＞25%

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