38CrMoAl钢表面渗氮与激光淬火复合改性层的组织和性能及厚度预测

来源：机械工程材料杂志2024年第9期北京时间：

作者：王天成, 王祎雪, 李九霄, 张宇航, 王颉闻, 唐丽娜

摘要：对38CrMoAl钢进行460 ℃渗氮8,16 h与激光淬火处理,研究了复合改性层的组织和性能；利用Matlab软件与Abaqus有限元软件对复合改性层的氮浓度分布场和激光淬火温度场进行数值模拟,预测不同工艺下复合改性层的厚度,并进行试验验证。结果表明：复合改性层表面组织为含过饱和氮的马氏体,次表面为淬火马氏体,同时复合改性层中还存在铁的氧化物(Fe3O4,FeO,Fe2O3)和铁的氮化物（ε-Fe2-3N、γ'-Fe4N）组成,且16 h渗氮+激光淬火得到氮化物的含量更多。不同工艺处理后复合改性层截面硬度分布曲线中存在平台区,16 h渗氮+激光淬火后复合改性层平台区的硬度为720 HV,比8 h渗氮+激光淬火的复合改性层高约100 HV；8,16 h渗氮+激光淬火后复合改性层的厚度分别为530, 590 μm。与8 h渗氮+激光淬火相比,16 h渗氮+激光淬火后复合改性层的稳定摩擦因数和磨损体积均较低,分别为0.293,1.012 mm3,耐磨性能较优。预测得到8,16 h渗氮+激光淬火后复合改性层的厚度分别为531,583 μm,相对误差小于3%,验证了预测方法的有效性。

关键词：38CrMoAl钢, 离子渗氮, 激光淬火, 硬度, 耐磨性能, 改性层厚度