碳氮共渗后的组织对应力及性能的影响

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人们经常把零件的变形、开裂认为是残余应力所引起的，如果零件不存在变形、开裂问题，就不去考虑零件内部残余应力的大小和分布了。实际上，零件内部有残余应力在承受外部载荷时，残余应力和外加应力应该是相互叠加的。若残余应力和外加应力是同方向，将加速零件的破坏，若残余应力和外加应力是反方向，就可以延缓破坏，延长其寿命。但应力的性质、大小、分布与碳氮共渗后的处理工艺、组织有密切关系，在此重点研究了碳氮共渗后的组织对应力和性能的影响。当碳氮共渗后热处理形成马氏体，在马氏体的表面形成非马氏体黑色组织，此层表现为拉应力，使多冲性能大幅度下降，否则相反。

用材料25MnTiBR制成Φ16mm圆棒试样碳氮共渗后直接淬火，控制热处理工艺参数获得三种组织状态，见表1。对三种状态的光滑多冲试棒进行疲劳性能测试，结果见表2。

表1
碳氮共渗后的组织状态

编号	总渗层深度/mm	全马氏体深度/mm	组织特征
A	0.80	0.43	正常
B	0.78	0.48	残余奥氏体4～5 级
C	0.94	0.52	表面黑色组织0.24mm

表2
三种组织状态的冲击疲劳性能(断裂周期)

	2.94MPa	3.92MPa	5.39MPa
试样A	18.0×104	4.7×104	1.5×104
试样B	20.0×104	4.4×104	1.7×104
试样C	2.5×104	0.6×104	0.5×104

由表2组织和表3疲劳性能的比较可见：黑色组织严重，表面为残余拉应力的试样C多冲抗力极低。至于试样B虽然在表面出现残余压应力的低谷，此低谷甚至发展到拉应力区，但对多冲疲劳性能却无明显影响。动载荷对裂纹的生成和扩展起什么作用还有待进一步研究。