一、實(shí)驗(yàn)材料與方法
試驗(yàn)材料718鎳基合金的主要化學(xué)成分( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)，% ) 為: 19Cr、52.5Ni、5Co、9Ti、5Al，余量為Fe，通過(guò)線切割加工成10mm×10mm×10mm 的3個(gè)試樣塊，分別用不同的滲氮溫度進(jìn)行QPQ處理，為了保證每個(gè)試樣統(tǒng)一的表面粗糙度 和光潔度，所有試樣表面進(jìn)行統(tǒng)一的預(yù)處理，均用不同等級(jí)的金相砂紙研磨，并分別采用丙酮、等離子水和超聲波清洗，進(jìn)行徹底脫脂去油。QPQ處理工藝為: 試 樣首先在電阻爐內(nèi)隨爐加熱至460℃，并且保溫1h; 預(yù)熱處理后直接移至鹽浴滲氮爐內(nèi)進(jìn)行滲氮，爐內(nèi)CNO－的濃度為29% ( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)) ，滲氮溫度分別為 590℃、620℃、650℃，滲氮時(shí)間5h; 氧化溫度為450℃，處理時(shí)間均為30 min，然后出爐空冷至室溫，清洗隨爐帶出來(lái)的鹽液。
在HV-10001S型顯微硬度儀上進(jìn)行顯微硬度測(cè)試，載荷砝碼為0.1kg，保荷時(shí)間10s，并且每一個(gè)試樣塊平均測(cè)試 硬度至少6次。利用M-2000磨損測(cè)試機(jī)進(jìn)行耐磨測(cè)試，磨球?yàn)?0mm的Gr15鋼球，轉(zhuǎn)速2000r/min，選擇250N的載荷，持續(xù)時(shí)間保持在3600s。每個(gè)試樣進(jìn)行3次測(cè)試，通過(guò)精度為0.0001g的電子分析天平測(cè)量試樣的磨損量。
二、硬度分析
QPQ滲氮溫度對(duì)718鎳基合金表面硬度的影響如圖1所示。QPQ處理后的試樣須磨去表面疏松與黑色氧化層，再用顯微硬度計(jì)進(jìn)行硬度測(cè)試。圖1中的顯微硬度變化曲線顯示了滲氮層的有效硬度深度大約為0.1mm。不同滲氮溫度下QPQ 處理后試樣的表面硬度存在明顯的區(qū)別，且隨著滲氮溫度的升高，表面硬度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，硬度的變化趨勢(shì)符合拋物線形狀。圖1中620℃滲氮處理的試樣的表面硬度大，為1200 HV0.1，該硬度幾乎比未處理試樣的表面硬度大 3倍。對(duì)比未處理試樣，經(jīng)QPQ處理后試樣的硬度急劇增大主要是由于鉻、鐵的氮化物形成，如圖1所示，滲氮試樣的顯微硬度梯度曲線也說(shuō)明了滲氮層與基體硬度存在著明顯區(qū)別。經(jīng)滲氮處理后的硬度分布與氮的擴(kuò)散轉(zhuǎn)變有關(guān)，另外，圖1中顯示隨著滲氮溫度的提高，試樣的表面硬度首先是急劇升高，然后當(dāng)滲氮溫度超過(guò)620℃，試樣的表面硬度反而得到相應(yīng)地降低，關(guān)于這種現(xiàn)象是由于持續(xù)的滲氮處理，造成了金屬表面的疏松組織的增多，同時(shí)高溫促進(jìn)了晶粒的聚集長(zhǎng)大以及大量的合金元素Cr與滲入的氮原子結(jié)合成CrN造成表面硬度的降低。

圖1 不同溫度QPQ處理的718鎳基合金試樣的硬度分布曲線

三、磨損性能分析
圖2展示了在不同條件下，未處理的718鎳基合金試樣與經(jīng)QPQ處理后的試樣在相同的干滑動(dòng)磨損測(cè)試下磨損量的變化，顯然未處理試樣的磨損量比滲氮后的試樣高，而且未處理試樣的磨損量高達(dá)403.4mg，滲氮試樣的磨損量有一個(gè)急劇的減少，且當(dāng)滲氮溫度620℃時(shí)，其磨損量最小，達(dá)到1.2mg，是未處理試樣磨損量的 0.3% ，毫無(wú)疑問(wèn)這個(gè)結(jié)果說(shuō)明了經(jīng)QPQ處理的滲氮試樣有著優(yōu)良的耐磨性。因此，從圖2中可以看出，在與其它的滲氮溫度相比，在620℃時(shí)經(jīng)QPQ處理的試樣的耐磨性能更好。這一結(jié)果同時(shí)也得出一個(gè)結(jié)論: 在干滑動(dòng)摩擦磨損測(cè)試下，經(jīng)QPQ處理的鎳基合金的耐磨性與其滲氮溫度有關(guān)，且經(jīng)過(guò)QPQ處理后試樣表面的摩擦因數(shù)也得到相應(yīng)地減小。隨著溫度的升高，鉻的氮化物和鉻鐵氧化物增加或許是耐磨性能提高的主要因素。隨著熱擴(kuò)散和鹽浴反應(yīng)的發(fā)生，越來(lái)越多的氮化物和氧化物在基體表面生成，例如Fe4N、CrN、Fe3O4等；這些說(shuō)明了經(jīng)QPQ復(fù)合鹽浴處理后，試樣表面主要由高硬度和低摩擦因數(shù)的鉻鐵氧化物和氮化物組成，這些化合物使QPQ處理的試樣得到更高的耐磨性。同時(shí)也表明經(jīng)QPQ處理后的高耐磨性與圖1中試樣獲得的高表面硬度的結(jié)果相一致。

圖2 未處理及經(jīng)不同溫度滲氮處理的718鎳基合金試樣磨損測(cè)試后的磨損量