伍翠蘭++田磊++洪悅++王津++陳興巖

摘要：工業(yè)純鐵（厚度為1 mm）經(jīng)580 ℃氣體滲氮4 h后進(jìn)行不同方式（油淬， 爐冷）的冷卻，然后對(duì)油淬的試樣進(jìn)行自然時(shí)效和100～220 ℃的人工時(shí)效.采用X射線衍射儀、掃描電鏡、透射電鏡、維氏顯微硬度計(jì)和拉伸疲勞實(shí)驗(yàn)機(jī)等研究了不同熱處理?xiàng)l件下滲氮層的微觀組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能.結(jié)果表明：滲氮試樣完全由化合物層和擴(kuò)散層組成，冷卻方式不改變化合物層的厚度和最外層的相結(jié)構(gòu)，卻顯著影響擴(kuò)散層的微觀組織和力學(xué)性能.油淬試樣的擴(kuò)散層在自然時(shí)效過(guò)程中形成大量的氮原子團(tuán)簇從而產(chǎn)生了自然時(shí)效強(qiáng)化；人工時(shí)效可以控制油淬試樣擴(kuò)散層中析出相的種類和數(shù)量，低溫時(shí)效的析出相主要為α′′Fe16N2相，較高溫度時(shí)效的析出相主要為γ′Fe4N相；自然時(shí)效樣品具有很高的硬度和強(qiáng)度，人工時(shí)效樣品的硬度和強(qiáng)度隨時(shí)效溫度的升高而降低，較高溫度時(shí)效有助于提高延伸率；化合物層對(duì)滲氮層的強(qiáng)度沒(méi)有很大影響，但卻顯著降低了滲氮層的拉伸疲勞強(qiáng)度.

關(guān)鍵詞：氣體滲氮；微觀組織；力學(xué)性能；時(shí)效析出；相變

中圖分類號(hào)：TG113；TG161；TG156.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AThe Effect of Cooling Methods and Subsequent Ageing on the

Nitrided Layer of Pureiron by Gas Nitriding at 580 ℃

WU Cuilan， TIAN Lei， HONG Yue， WANG Jin， CHEN Xingyan

（College of Materials Science and Engineering， Hunan Univ， Changsha， Hunan410082， China）Abstract：A pure iron （1 mm in thickness） was gas nitrided at 580 ℃ for 4h， followed by oil quenching or furnace cooling. The oilquenched samples were first naturally aged （NA）， and then artificially aged between 100 ℃and 140 ℃. The microstructural examinations and property characterization were investigated using Xray di？ractometer， scanning electron microscope， transmission electron microscope， Vickers hardness tester and fatigue tester. It was found that the nitrided samples consisted of compound layers （CLs） and diffusion layers （DLs）. The cooling method did not change the thickness of the CLs and the phase constitutes of the upper-most layer， but had remarkable effect on the microstructure and mechanical property of the DLs. A great quantity of richN clusters precipitated from the oilquenched DLs after natural ageing for 200h， and the oilquenched DLs had a great natural ageing strengthening phenomenon. During artificial ageing （AA）， the type and number of precipitates could be controlled by the ageing temperature and ageing time. The main precipitates are the α″Fe16N2 during lower temperature ageing while it is the γ′Fe4N at higher temperature ageing. The NA samples could get very high hardness and strength. The hardness and strength of the AA samples decreased with the increase of ageing temperature. The high temperature ageing greatly improves the elongation of the oilquenched samples. The CLs had little effect on the tensile stress of the nitrided samples， but greatly decreased the fatigue strength under the tensile.

Key words：gas nitriding； microstructure； mechanical properties； precipitation； phase transformation

滲氮是一種金屬表面強(qiáng)化的化學(xué)熱處理技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、鈦合金及鋁合金等金屬材料的表面強(qiáng)化處理[1-5].滲氮能顯著提高工件的表面硬度、耐磨性和耐腐蝕性等[3，6-7].氣體滲氮是指向加熱到某一溫度范圍并密封的爐罐中滲氮，使氮原子滲入到工件表面的處理.氣體滲氮相對(duì)離子滲氮和鹽浴滲氮具有易操作、成本低、可處理形狀復(fù)雜工件等優(yōu)點(diǎn).鐵素體滲氮的滲氮溫度低于590 ℃，在滲氮過(guò)程中基體保持為鐵素體.純鐵的鐵素體滲氮所形成的滲氮層由化合物層和擴(kuò)散層組成[1].由于化合物層由εFe2-3N相和 γ′Fe4N 相組成，因此具有高硬度及良好的耐磨性和耐腐蝕性[8-9]；而擴(kuò)散層則由含氮過(guò)飽和的鐵素體基體及析出相組成[10].

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2015年第12期伍翠蘭等：冷卻方式及時(shí)效處理對(duì)580 ℃氣體滲氮層的影響因?yàn)榛衔飳泳哂袃?yōu)良的耐磨性和耐腐蝕性，所以人們對(duì)化合物層的性能及形成機(jī)制進(jìn)行了大量的研究[8-9，11]，并形成了較完善的理論.但是到目前為止，對(duì)擴(kuò)散層力學(xué)性能的研究還沒(méi)有深入開(kāi)展.另一方面，盡管化合物層具有優(yōu)異的耐磨性并賦予滲氮零件很長(zhǎng)的磨損壽命，但是化合物層很脆，且在大載荷沖擊下易剝落和脆裂.實(shí)際上，滲氮工件的工作受力條件是非常復(fù)雜的，不僅包含壓應(yīng)力和摩擦力，還可能包含拉伸應(yīng)力，那么這種硬而脆的化合物層對(duì)拉伸應(yīng)力下的疲勞性能是否會(huì)存在不利影響呢？到目前還沒(méi)有文獻(xiàn)研究過(guò)化合物層對(duì)拉伸應(yīng)力下疲勞性能的影響.此外，根據(jù)FeN相圖可知，γ′Fe4N和α′′Fe16N2是擴(kuò)散層中非常重要的析出相，目前也沒(méi)有文獻(xiàn)詳細(xì)探討這兩種析出相各自對(duì)滲氮層力學(xué)性能的具體影響.

本文通過(guò)對(duì)1 mm厚的純鐵先進(jìn)行氣體滲氮，得到全部由化合物層和擴(kuò)散層組成的滲透試樣，然后對(duì)完全滲透后油淬的試樣進(jìn)行不同工藝的時(shí)效處理.采用硬度計(jì)和疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，并利用X射線衍射儀（XRD）、掃描電鏡（SEM）和透射電鏡（TEM）進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)表征.探討了自然時(shí)效、人工時(shí)效對(duì)擴(kuò)散層的微觀組織結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的影響，同時(shí)也探討了化合物層對(duì)滲氮試樣的拉伸強(qiáng)度及疲勞性能的影響.

1實(shí)驗(yàn)材料及方法

實(shí)驗(yàn)材料選用厚度為1 mm的工業(yè)純鐵薄片，其主要化學(xué)成分：wC=0.06%，wMn=0.21%，wSi=0.012%，wCr=0.016%， wFe=余量.根據(jù)FeN相圖及Lehrer相圖[12]合理調(diào)控滲氮工藝，在管式爐（石英管內(nèi)徑為76 mm）中進(jìn)行氨氣流量為130 mL/min、溫度為 580 ℃、時(shí)間為4 h的氣體滲氮，滲后采用油淬（Oq）和隨爐冷卻（Fc）兩種冷卻方式.獲得表面為化合物層（CL， Compound Layer）和心部為均勻擴(kuò)散層（DL ， Diffusion Layer）的完全滲透試樣.對(duì)油淬試樣進(jìn)行不同時(shí)間的自然時(shí)效，研究淬火含氮鐵素體的自然時(shí)效強(qiáng)化；自然時(shí)效完成后，又對(duì)其進(jìn)行100 ℃，140 ℃，180 ℃和220 ℃的人工時(shí)效研究.具體實(shí)驗(yàn)試樣名稱及熱處理工藝見(jiàn)表1 .

利用XRD（Siemens Diffratometer D5000），SEM（FEI QUANTA 200）及TEM（JEM3010）對(duì)不同狀態(tài)的試樣進(jìn)行微觀組織結(jié)構(gòu)表征，利用維氏顯微硬度計(jì)（HV1000）和MTSlandmark 50 kN電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同狀態(tài)試樣的顯微硬度、拉伸性能和疲勞性能進(jìn)行力學(xué)性能表征.擴(kuò)散層的時(shí)效硬度測(cè)試加載力為500 N，截面硬度測(cè)試加載力為50 N.拉伸試樣按照GB/T 228-2002標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線切割成標(biāo)距為30 mm，厚度為1 mm的試樣，拉伸速率為2 mm/min.疲勞試樣按照GB/T 3075-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行線切割成標(biāo)距為20 mm，厚度為1 mm的試樣，應(yīng)力比R=0.1.

化合物層的物相可利用XRD直接檢測(cè)，而擴(kuò)散層的XRD物相鑒定是利用機(jī)械剝層法，即磨掉化合物層后進(jìn)行XRD檢測(cè).掃描電鏡樣品的制備：機(jī)械磨平拋光后在3%（V/V）HNO3+97%（V/V）CH3COOH腐蝕液中浸蝕30 s.透射電鏡樣品的制備：機(jī)械研磨至120 μm后沖成Φ3 mm的薄片，繼續(xù)機(jī)械減薄至60 μm后，常溫下采用10%（V/V）HClO4+90%（V/V）CH3COOH溶液進(jìn)行電解雙噴，雙噴電壓為40 V.

2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1微觀組織及結(jié)構(gòu)

2.1.1XRD分析

化合物層通常由ε相、γ′相或兩者混合組成[9，10].本試驗(yàn)中XRD分析證明隨爐冷卻試樣和油淬試樣滲氮層最外層的XRD圖譜完全一致，因此冷卻方式不改變同一滲氮工藝下形成的最外層相結(jié)構(gòu)[13].圖1為OqNA200 h樣品的最外層和OqNA200 h1樣品XRD圖譜，后者表示擴(kuò)散層的物相組成.圖1表明經(jīng)580 ℃、氨流量為130 mL/min滲氮4 h后其化合物層外側(cè)是單一的ε相，沒(méi)有檢測(cè)到γ′ 相，這可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)的氮化勢(shì)較高導(dǎo)致在化合物層的最表層為單一的ε相[12].很弱的Fe3O4峰的出現(xiàn)則是由于在淬火過(guò)程中表面輕微氧化造成的.擴(kuò)散層則僅檢測(cè)到αFe的峰，而沒(méi)有檢測(cè)到析出相的衍射峰，金相和SEM分析也未見(jiàn)析出相，因此認(rèn)為油淬試樣擴(kuò)散層應(yīng)該為單一的含氮過(guò)飽和αFe固溶體.

2θ/（°）

圖1化合物層和擴(kuò)散層的XRD圖譜

Fig.1XRD spectra of CL and DL

2.1.2冷卻方式對(duì)擴(kuò)散層微觀組織的影響

圖2（a）（b）分別為工業(yè)純鐵薄片經(jīng)580 ℃滲氮4 h后隨爐冷卻試樣（Fc）和油淬試樣（OqNA200 h）的橫截面微觀組織，可以看出Fc和OqNA200 h樣品都是由化合物層和擴(kuò)散層組成，化合物層厚度相同，約為27 μm.不同冷卻方式對(duì)滲氮試樣擴(kuò)散層的組織有很大的影響，F(xiàn)c樣品的擴(kuò)散層中析出了針狀或棒狀α′′相和 γ′相（如圖2（a）和（c）所示）.圖2（c）為圖2（a）中方框區(qū)域的放大圖，可以明顯地顯示兩種不同形態(tài)的析出相，一種是黑色箭頭所指的尺寸較大（6～12 μm）的γ′相，另一種是尺寸（<1.5 μm）較小數(shù)量卻很多的α′′相[10].在同一個(gè)晶粒內(nèi)部粗大的γ′相周?chē)鷰讉€(gè)微米范圍內(nèi)則沒(méi)有α′′相的出現(xiàn)，這可能是因?yàn)棣谩湎嗟奈龀鱿牧舜罅康牡釉斐善渲車(chē)鷧^(qū)域貧氮，因此沒(méi)有足夠的氮原子促使α′′相的析出.

OqNA200 h試樣的擴(kuò)散層并不像Fc樣品一樣可以利用掃描電鏡觀察到析出相的形態(tài).圖2（d）為油淬+自然時(shí)效200 h樣品的TEM圖像，由圖可知：晶內(nèi)析出了大量的尺寸約為30～50 nm且相互垂直的片狀析出物，根據(jù)其電子衍射花樣（圖2（d）的右下角插圖）可知，此類析出物與α′′Fe16N2相相似，但不存在長(zhǎng)程有序結(jié)構(gòu)，本文稱為氮原子團(tuán)簇.Fc和OqNA200 h試樣的擴(kuò)散層形貌存在很大差異的原因：Fc樣品是滲氮后隨爐冷卻，由于冷卻速度較慢，在冷卻的過(guò)程中伴隨著γ′相和α′′相的析出，而OqNA200 h樣品在滲氮后立即淬火，因此擴(kuò)散層處于含氮過(guò)飽和的鐵素體狀態(tài)，在自然時(shí)效一段時(shí)間后形成大量的氮原子團(tuán)簇.

2.1.3人工時(shí)效后擴(kuò)散層的微觀組織

OqNA200 h樣品擴(kuò)散層中細(xì)小的氮原子團(tuán)簇不能用SEM觀察得到，但OqNA200 h樣品經(jīng)過(guò)不同溫度的人工時(shí)效200 h后，其擴(kuò)散層的析出相已經(jīng)長(zhǎng)大且能被SEM觀察得到.圖3為不同溫度人工時(shí)效后擴(kuò)散層的微觀組織.圖3（a）為OqNA200 h樣品經(jīng)過(guò)100 ℃時(shí)效后擴(kuò)散層中析出了大量的、具有垂直取向的片條狀納米析出相（110～270 nm），而經(jīng)140 ℃時(shí)效后其析出相也具有類似的形貌（圖3（b）），但相對(duì)于100 ℃時(shí)效的析出相，140 ℃時(shí)效析出相的長(zhǎng)度（0.75～1.15 μm）增加了約 4倍.TEM觀察到的析出相形態(tài)（圖3（e）（f））與SEM觀察結(jié)果（圖3（a）（b））一致，即為具有垂直取向的片條狀析出相.根據(jù)其電子衍射花樣（圖3（i）（j））可知，100 ℃和140 ℃人工時(shí)效析出相為α′′相.圖3（e）（f）所示α′′相與圖2（d）所示氮原子團(tuán)簇的結(jié)構(gòu)區(qū)別為：在αFe基體的1/2{110}α位置處出現(xiàn){110}α′′斑點(diǎn)，其來(lái)自于α′′相.圖3（c）（d）分別表示OqNA200 h試樣經(jīng)180 ℃和220 ℃時(shí)效后擴(kuò)散層的SEM圖，此時(shí)擴(kuò)散層的析出相呈片狀（1.9～8.0 μm），且同一晶粒內(nèi)析出相的取向大致相同，在220 ℃時(shí)效擴(kuò)散層中還發(fā)現(xiàn)“Z”字型析出相，根據(jù)本組前期結(jié)果[10]可知這種“Z”字型析出相是γ′相.圖3（g）（h）分別為180 ℃和220 ℃樣品擴(kuò)散層的TEM形貌圖，由于析出相的尺寸較大，圖中不能顯示完整的析出相形態(tài)，但根據(jù)其電子衍射花樣（圖3（k）（l））可證明此類析出相為γ′相.

圖3OqNA200 h樣品在不同溫度時(shí)效200 h后的微觀組織形貌及特征電子衍射花樣

Fig.3Microscopical imges and the corresponding SAED patterns

of OqNA200 after aging at different temperatures for 200 h

2.2力學(xué)性能表征

2.2.1硬度測(cè)試

圖4為油淬試樣擴(kuò)散層在自然時(shí)效過(guò)程中硬度隨時(shí)間的變化曲線圖，在自然時(shí)效0.5～20 h硬度迅速升高，即從275 HV上升至312 HV；從30 ～300 h，一直穩(wěn)定在320 HV左右，說(shuō)明隨著自然時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，其硬度逐漸上升，直至自然時(shí)效30 h，達(dá)到峰值后硬度值穩(wěn)定.這是因?yàn)闈B氮后立即淬火，樣品的擴(kuò)散層處于含氮過(guò)飽和的狀態(tài)，因此隨著自然時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，氮原子偏聚形成大量的氮原子團(tuán)簇（見(jiàn)圖2（d）），從而導(dǎo)致硬度的增加.而Fc樣品在緩慢的冷卻過(guò)程中已經(jīng)析出了γ′相和α′′相，消耗了大量的氮原子，擴(kuò)散層的α基體并不處于含氮過(guò)飽和的狀態(tài)，因此不存在自然時(shí)效現(xiàn)象.

T/h

圖4油淬后樣品的擴(kuò)散層經(jīng)

自然時(shí)效不同時(shí)間后的硬度

Fig.4Hardness of the DL after natural

aging for different times

因?yàn)橛痛阍嚇拥臄U(kuò)散層存在自然時(shí)效現(xiàn)象，因此油淬樣品的力學(xué)性能測(cè)試選用自然時(shí)效穩(wěn)定后的OqNA200 h樣品.Fc樣品和OqNA200 h樣品的橫截面硬度曲線如圖5所示，由圖可知兩個(gè)樣品的化合物層硬度和厚度相當(dāng)，F(xiàn)c樣品的擴(kuò)散層硬度保持在225 HV左右，而OqNA200 h樣品的擴(kuò)散層約為320 HV.同樣的滲氮條件，冷卻方式的不同造成了擴(kuò)散層的硬度相差了約95 HV，這是因?yàn)樵诶鋮s的過(guò)程中兩者擴(kuò)散層顯微組織的不同從而導(dǎo)致了硬度的不同.

深度/um

對(duì)OqNA200h樣品在100 ℃，140 ℃，180 ℃和220 ℃進(jìn)行20 min～300 h的時(shí)效處理，化合物層的硬度并不隨時(shí)效溫度變化而變化，而擴(kuò)散層的硬度卻受人工時(shí)效的影響很大，不同溫度時(shí)效后樣品擴(kuò)散層的硬度隨時(shí)間的變化曲線如圖6所示.人工時(shí)效試樣過(guò)程中，4個(gè)試樣擴(kuò)散層的硬度都是迅速下降后趨于穩(wěn)定，溫度越高，硬度降得越快，硬度值也越低.具體表現(xiàn)為，在0～10 h下降最快，隨后緩慢下降達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值.100 ℃，140 ℃，180 ℃和220 ℃人工時(shí)效的穩(wěn)定態(tài)硬度分別約為230 HV，205 HV，194 HV和184 HV.結(jié)合2.1.3分析可知，淬火后自然時(shí)效一段時(shí)間樣品（OqNA200 h）的擴(kuò)散層中存在大量的氮原子團(tuán)簇，具有很高的硬度，經(jīng)過(guò)100～220 ℃的人工時(shí)效后，其硬度值有所降低.在100 ℃和140 ℃時(shí)效樣品擴(kuò)散層的析出相主要為α′′相，180 ℃和220 ℃時(shí)效后的析出相主要為γ′相，因此α′′相的硬度強(qiáng)化效果大于γ′相.另一方面，隨時(shí)效溫度的升高，擴(kuò)散層中析出相長(zhǎng)大，硬化效果變?nèi)?

T/h

2.2.2拉伸實(shí)驗(yàn)

在前面的實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)研究了在不同工藝下擴(kuò)散層的硬度變化規(guī)律，為了解其對(duì)滲氮層拉伸性能的影響，對(duì)不同狀態(tài)的試樣進(jìn)行了一系列的拉伸試驗(yàn).

圖7為爐冷和油淬后自然時(shí)效樣品的拉伸性能對(duì)比，從圖中可以看出，OqNA200 h樣品比OqNA0.5 h樣品的屈服強(qiáng)度提高了100 MPa，比Fc樣品則提高了275 MPa.可見(jiàn)，滲氮后淬火并時(shí)效一段時(shí)間后，滲氮層的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)隨爐冷卻后滲氮層的強(qiáng)度.根據(jù)圖6可知，OqNA200 h樣品在不同溫度下人工時(shí)效50～300 h后，硬度值基本穩(wěn)定，因此選取各個(gè)溫度段的人工時(shí)效200 h的樣品進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，其應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖8所示.圖8表明拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度隨時(shí)效溫度的升高而降低，在140 ℃以下時(shí)效時(shí)，延伸率升高得不多，而當(dāng)時(shí)效溫度升高到180 ℃后，延伸率則有明顯的升高.根據(jù)前文可知，100 ℃和140 ℃時(shí)效樣品的擴(kuò)散層中析出大量的片狀α′′相，前者析出相的尺寸是后者的1/5，因此100 ℃時(shí)效樣品的強(qiáng)度高于140 ℃樣品；180 ℃和220 ℃時(shí)效樣品的擴(kuò)散層中析出相都是片狀γ′相，因此它們的強(qiáng)度和延伸率沒(méi)有很大的差別.

應(yīng)變/%

圖7爐冷試樣和油淬后自然時(shí)效樣品的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線

Fig.7Engineering stressstrain curves

of the Fc and naturally aged samples

應(yīng)變/%

圖8不同溫度人工時(shí)效200 h

樣品的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線

Fig.8Engineering stressstrain curves

of the samples after artifically aging

at different temperatures for 200 h

總之，對(duì)一定含氮量的滲氮層進(jìn)行時(shí)效處理，擴(kuò)散層中的析出相有兩種，即α′′相和γ′相.α′′相對(duì)擴(kuò)散層的強(qiáng)化效果優(yōu)于γ′相，這是因?yàn)楫?dāng)擴(kuò)散層中的析出相是α′′相時(shí)，其數(shù)量和體積分?jǐn)?shù)明顯高于γ′相（見(jiàn)圖3），且α′′相和鐵素體基體保持共格的關(guān)系[14]使得α′′相的強(qiáng)化更優(yōu).γ′相對(duì)擴(kuò)散層延伸率的提高效果優(yōu)于α′′相.通過(guò)時(shí)效工藝的調(diào)節(jié)可以控制擴(kuò)散層中的α′′相、 γ′相的相對(duì)含量，從而控制擴(kuò)散層的性能.

為了研究化合物層對(duì)滲氮層拉伸性能的影響，機(jī)械磨去OqNA200h樣品的化合物層得到OqNA200 h1樣品，根據(jù)圖1（b）和圖5可知，化合物層磨去后，即OqNA200 h1樣品僅包括均勻的擴(kuò)散層.圖9為OqNA200 h和OqNA200 h1樣品的應(yīng)力應(yīng)變曲線，可以看出，化合物層對(duì)滲氮層的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和延伸率幾乎沒(méi)有影響.這可能是因?yàn)榛衔飳与m然硬且脆，但是很?。s27 μm），因此化合物層并不會(huì)對(duì)其強(qiáng)度和延伸率有很大影響.

應(yīng)變/%

圖9OqNA200 h和OqNA200 h1樣品的

工程應(yīng)力應(yīng)變曲線

Fig.9Engineering stressstrain curves of the

OqNA200 h and OqNA200 h1 samples

2.2.3疲勞實(shí)驗(yàn)

為了研究化合物層對(duì)滲氮層的拉伸疲勞性能的影響，本節(jié)對(duì)比研究了OqNA200 h和OqNA200 h1樣品的疲勞性能，圖10為有、無(wú)化合物層，但有同樣擴(kuò)散層組織滲氮層試樣的SN曲線.可以看出，化合物層機(jī)械磨去后，拉伸疲勞強(qiáng)度提高了10%（60 MPa）.可見(jiàn)，化合物層的存在雖不影響滲氮層的拉伸性能，但是顯著降低了滲氮層的疲勞性能，而擴(kuò)散層不僅提高滲氮層的拉伸性能，更重要的是顯著提高了樣品的疲勞性能.這是因?yàn)榇喽驳幕衔飳雍蛿U(kuò)散層的匹配度較差，在化合物層中或者界面上容易出現(xiàn)裂紋；而自然時(shí)效樣品擴(kuò)散層中析出了與αFe完全共格的大量片狀的氮原子團(tuán)簇及其產(chǎn)生的應(yīng)變場(chǎng)（圖2（d）中析出相周?chē)^暗的襯度）阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，但又不引起裂紋的形成，所以在強(qiáng)度提高的同時(shí)疲勞強(qiáng)度也得到了大幅提高.

循環(huán)次數(shù)/（lgN）

圖10OqNA200 h和OqNA200 h1樣品的疲勞曲線

Fig.10Fatigue curves of the OqNA 200 h

and OqNA200 h1 samples 3結(jié)論

1） 冷卻方式影響滲氮試樣擴(kuò)散層的微觀組織和性能：爐冷樣品的擴(kuò)散層在隨爐緩慢冷卻過(guò)程中析出了尺寸較大的 γ′相和α′′相；而淬火樣品在自然時(shí)效過(guò)程中，擴(kuò)散層中析出了大量彌散分布的氮原子團(tuán)簇，后者的強(qiáng)化效果更優(yōu)，因此油淬試樣擴(kuò)散層比爐冷試樣的擴(kuò)散層具有更高的硬度和強(qiáng)度.

2） 人工時(shí)效可以控制淬火樣品擴(kuò)散層的微觀組織和性能：淬火樣品經(jīng)過(guò)100 ℃，140 ℃低溫時(shí)效處理后，擴(kuò)散層中析出相主要為片狀的α′′相，溫度越高，α′′相的尺寸越大，數(shù)量越少；而經(jīng)過(guò)180 ℃，220 ℃高溫時(shí)效后，擴(kuò)散層的析出相主要為γ′相，且析出相尺寸較大，數(shù)量較少；相對(duì)于高溫時(shí)效，低溫時(shí)效硬度和強(qiáng)度較高，而高溫時(shí)效有助于提高延伸率.

3） 化合物層對(duì)滲氮層的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及延伸率沒(méi)有顯著影響，但化合物層卻顯著降低了滲氮件的疲勞性能.

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