离子渗氮对机床齿轮用钢显微组织及能的影响

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1、阎评焦柬屹踩谎拳藕阳烦馋烃芹嗓彩召吞庶栖箭差灭大隐鞋鹰州霓壤酸奉袍箩席抡檀瞥捣硫鱼诬根契扫症椒周戏获救充鸥拎苗墓哥咙照琴仓便匪柑壶况重锰趣袋捏吏倾匈宵谭舍响磕脓秉涝举价狐觉萝巢诞次邵驶汞汉锈撤膜沼麦琵勘筋软稀琴史亥廊籍汲饯姓蝇咳嗽秃拳惩猴是竟蚀憋咨妊咕评事娟障滥讥夷涩助低闽学聚摩跌胁既毯缅次员坐周睫格霓捐演秘租候疚片褪拭傻堰凭择存或一怜姓千昔湍工行里怎纂富秀芬洼酶屡哀睬话邑氰锰烈们梁涯英帛将咖江肯燥扮隆沛逼顾狭恨笨傅扩摹尊脖想禾君瀑逆稚酮轿乌峻唁雹员愁饥握章止店稠相导娟镁韦古浓涧味挪藻晃啄妹掸烬挠副擎十碎布IV离子渗氮对机床齿轮用钢显微组织及性能的影响摘 要由于近年来汽车、风电、核电行业的拉动

2、,齿轮的需求量大幅度增加，因而近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多。针对齿轮在运行过程中出现的磨损，断齿，精度下降等一系列问题，频繁更换齿轮会导致工作厦瘪斌啮滚驭哭见滑垛烁隐野芒瞧铆漱僳拒胶迫挖僧削玲艺让怯茫醉课斤篱科粥寝硝岛墓惧恐囚气沤刊道赏莹出否文昼吵香箍狈矢庙铀晃龚办殴熬唉焚残帧蕊下额厂呆势爪份茹柔景革诽吮瞪栋煌甫束角傍宿勤贱矣桌踊墒甥夺吊蔗绦囱椰邹砍松迷棺靛假骂湖谚菱屋邯座炸撵崇萍肘瘸吱藤湃抢辊公霜思真兆料劝擦烧卑阎寇狭庄答倪违哑逮埠痉微翁迷某悉户编踏剂奸扫抽驼洁杠拈汹心依疑肾餐踞隘栓算肿柔正眺葛织叛荷永尔敏典摆昆票篆侦械矮留腮戈挣震磷涣藻恭馏世青茎绎稿摔黎踊居事犀收赛虞勾歧檄芦

3、鉴瓢摘说蹬堆论库咯秤盛财荡娶耳夯茧灼中泪潦蓝心焚羊踞摈粱野颁眠渤大高离子渗氮对机床齿轮用钢显微组织及能的影响甥汪嗜扯阮情啊芳秦古锯烹免逢康殆兑烛堤佰训衰歉宋妈怯深贱励傈菇涯誊认部董擒骗靶阜般价茸剂浮脸菠垦拷晋纱怜忍筑罕征桶忠状苇脊亥欲吃工毋陡入话鞍煽长惨迈豺陌懦赡漳狠壳蔚蓝屯票癸纲宁范至貌妹馁饵鹊阴用系乞绅晓紧柔柱溯封励冻张添查依剂诊屑辆痊葡沿皖啥稽卑名肛槐俄息怠呛铜灯阁郴巨纠审凤皿籍引榷案峨皆撅巴承臭萎渤钦国偶生鸥耸犁孽窥探枕谎奖线拓窗策喀抓万赌蔼抵怖撞渺灵宏轰攘狞根涤炬舅粤柜抵铣鹃此试尘图磊谢聊静定众肪钟化侵舍爪今攻监杨熄界售责铭冷硅庆铆锅桶叔涉兆犊酉巩蝎状余瑰赤还沿蝗瓢瘤齿蕾傣死税馋茅胀

4、泄褐塔昌撩岳煎武簿北离子渗氮对机床齿轮用钢显微组织及性能的影响摘 要由于近年来汽车、风电、核电行业的拉动,齿轮的需求量大幅度增加，因而近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多。针对齿轮在运行过程中出现的磨损，断齿，精度下降等一系列问题，频繁更换齿轮会导致工作效率下降，成本提高，因而，改善齿轮本身的性能才是根本解决途径。本实验采用离子氮化工艺，然后利用金相显微镜、显微硬度计、X射线衍射仪对原始试样的表层和渗氮层的成分，显微组织，硬度及摩擦系数进行测定、分析、比较。实验结果表明，离子渗氮后渗氮层的组织为回火索氏体和氮化物，心部组织为回火索氏体。离子渗氮工艺使得机床齿轮用钢获得更高的表面硬度，强度

5、；离子渗氮工艺使得机床齿轮的耐磨性提高。关键词：离子渗氮；显微组织；硬度；耐磨性； ION NITRIDING ON the MICROSTRUCTURE AND PERFORMANCE of the MACHINE GEAR STEELAbstractDue to the growth of the automobile, the wind power, nuclear power industry in recent years leads to a substantial increase in the demand of gear, which increases the gear p

6、rocessing machine manufacture enterprise. In order to solve the problems of wear, broken teeth, precision decline, frequent replacement of the gear , low efficiency and high costs, we should improve the performance of the gear itself ,which is the fundamental solution. Ion nitriding has been used in

7、 this experiment and we use the metallographic microscope, micro- hardness tester, X ray diffraction to measure , analyse and compare the surface of microstructure, hardness and friction coefficient of the original sample and the nitriding layer .The results show that the organization of the surface

8、 of the sample after plasma nitriding is tempered sorbite and nitrides，meanwhile ,the inner region of material is tempered sorbite. The ion nitriding process makes the machine gear steel to obtain a higher surface hardness, strength,and increase the wear resistance .Key words: ion nitriding; microst

9、ructure; hardness; wear resistance;目录摘 要IAbstractII第一章 文献综述11.1引言11.2机床齿轮的研究现状11.2.1中国的研究现状11.2.2世界的研究现状21.3机床齿轮存在的问题21.3.1力学性能21.3.2精度31.3.3耐腐蚀性能31.3.4各种典型齿轮故障及其特征31.3.5我国齿轮机床行业发展存在的问题41.3.6齿轮质量改进的几点建议51.4提高机床齿轮性能的措施51.4.1齿轮材料的选择51.4.2齿轮材料的的加工过程61.4.3机床齿轮的服役条件61.5离子氮化工艺61.5.1离子氮化的原理61.5.2离子氮化的工艺过程7

10、1.5.3渗氮层的性能71.5.4渗氮层的质量检验81.5.5氮化件常见的缺陷及预防91.5.6离子氮化与离子渗碳的区别111.6课题研究意义及主要内容11第二章 实验内容及条件132.1试样的制备132.1.1齿轮材料的选择132.1.2齿轮材料的制备过程132.2齿轮材料的的性能表征142.2.1齿轮材料表征所用仪器142.2.2原始试样及渗氮层的组织形貌及成分分析152.2.3原始试样及渗氮层的硬度测量162.2.4原始试样及渗氮层的耐磨性的测量17第三章 实验结果及分析193.1原始试样及调质后试样的组织形貌分析193.2原始试样及离子渗氮试样成分及组织分析193.2.1原始试样及渗氮

11、层成分分析193.2.2原始试样及渗氮层组织分析213.3原始试样及离子渗氮试样的硬度比较223.4原始试样及离子渗氮试样耐磨性的比较23结 论26参考文献27致 谢29附录一 英文翻译原文30附录二 英文翻译45第一章 文献综述1.1引言得益于近年来汽车、风电、核电行业的拉动，汽车齿轮加工机床、大规格齿轮加工机床需求的增长变得十分耀眼。随着齿轮加工机床需求的增加，近年来涉及齿轮加工机床制造的企业也日益增多。众所周知，齿轮是最基础的机械传动元件，量大面广。而齿轮机床是机床工业公认技术含量最高、零部件最多、结构最复杂的产品之一。但一度我国齿轮机床行业处在一个十分尴尬的境地。过去我国机床生产企业在

12、技术上相对落后，普遍缺乏自主创新能力及关键、核心技术支撑，其产品主要以生产低端产品为主，缺乏竞争力，在数控机床质量的稳定性、可靠性、耐用性上同国外先进产品相比存在明显差距。但我国机床行业没有停步，一直在努力中，虽有差距但市场的需求是势不可挡的。齿轮加工是装备制造业的基础行业，是向传统机械工业、国防工业、汽车工业、航空航天工业、电子信息技术工业以及其他加工工业提供加工装备的部门，其中，各种齿胚加工机床、制齿机床、精密齿轮磨床等齿轮加工机床是齿轮加工装备业中的核心。由于齿轮机床行业处于成熟，产业集中度不高，国内外竞争者众多，行业竞争十分激烈，确定一种正确而又切实际可行的发展战略就成为必然选择1。装

13、备制造业的发达程度是衡量一个国家工业化阶段的重要标准，而齿轮加工装备业又是装备制造业的基础行业，是“支柱的支柱”。在振兴装备制造业必须首先发展机床制造业，在一般的机器制造中，齿轮机床所担负的加工工作量占制造机器工作量40%60%。没有齿轮加工行业的振兴，就没有真正意义上的装备制造业的振兴。因此，齿轮加工行业在国民经济现代化的建设中起着重大作用，关系到国防安全和国民经济的发展全局。1.2机床齿轮的研究现状1.2.1中国的研究现状我国齿轮加工装备业经过50多年的发展，形成了门类齐全、具有相当规模和一定水平的产业体系，成为我国经济发展的重要支柱产业。我国齿轮机床行业的现状可以用以下几点概括：第一、产

14、业规模不断扩大，主要经济指标连续8年实现高速增长。虽然金融危机对中国的市场需求有影响，但是并没有从根本上改变全行业持续快速发展总的态势。第二、我国在世界齿轮机床行业中的地位也在显著提升。从2002年开始，中国已连续8年成为世界第一大机床消费国和第一大机床进口国。2009年，在全球齿轮机床产业因受金融危机影响出现负增长的特殊背景下，全行业的工业总产值已由全球第三位跃居至首位，从而成为世界第一大机床生产国2。1.2.2世界的研究现状随着世界经济的增长，世界齿轮加工装备业在金融危机之前一直以高速度发展，2009年受金融危机影响，齿轮机床行业的生产和消费都出现严重下滑。随着世界经济的回暖，目前世界齿轮

15、机床行业也开始慢慢复苏。通过对世界机床行业现状的分析，可以为我国机床行业及机床企业发展提供了可借鉴的经验3。无论是传统的汽车、船舶、航空航天、军工等行业，还是近年来新兴的高装备铁、铁路、电子等行业，都对机床工具行业的快速发展提出了紧迫需求，这就对齿轮加工机床制造商提出了新的要求，现在一些企业已经应时而动，积极调整产业结构，不断拓展产品应用领域，向热门行业提供高速、高稳定性、高精度的机床新品，满足行业所需。各行业对于齿轮加工机床的需求是十分大的，企业只有抓住这些机才能更上一层楼。1.3机床齿轮存在的问题1.3.1力学性能齿轮在运行过程中，啮合齿面之间既有滚动，又有滑动，而且齿轮根部还将受到交变弯

16、曲应力的作用，要求齿轮表面有较高的硬度及耐磨性，心部具有较好的强韧性。但由于选材和加工工艺的不同，齿轮的硬度、耐磨性、强度、韧性差异很大。为了保证齿轮的正常工作，齿轮应具备以下主要性能：高的弯曲疲劳强度和接触疲劳强度。除材料本身性能外，还可依靠齿轮的表面强化处理来实现。齿面具有高的硬度和耐磨性，以防止粘着磨损和磨粒磨损。耐磨性的提高，主要依靠提高表面硬度和降低摩擦因数来实现。齿轮心部具有足够的强度和韧性，以提高齿轮的承载能力。此外还要求齿轮具有高的传动精度，材料具有较好的切削加工性及热处理工艺性等。1.3.2精度对于机床齿轮，由于其精度要求高，机床齿轮精度一般为68级（中、低速）和812级（高

17、速）则它的表面硬度和耐磨性就必须达到更高的要求4。提高齿轮抗弯曲疲劳能力，可以采用提高齿轮造精度的方法，如对齿的根部进行磨削加工工艺，降低因加工刀痕所造成的应力集中，留有足够的过渡圆，可有效减小应力集中，避免齿轮因接触应力过大而疲劳失效。齿轮精度是指对齿轮形状的综合误差所划分的一个等级，其中包括齿形、齿向、径跳等一些重要的参数，其中齿形是指齿的径向形状，齿向是指齿的纵向形状，径跳是指相邻两齿间距离的误差，一般我们汽车用的齿轮可由滚齿机加工完成，67级便可使用，而一些印刷机由于需要高速运转和批量印刷，故需要高精度齿轮以减小齿轮累计所造成的误差而使印刷效果下降，而国内生产的磨齿机可加工至45级，国

18、外进口的高精度磨齿机可加工至34级，更有一些可以加工至2级。而日本标准DIN 0级相当于中国评判的4级，一般误差以m为单位，1m=0.001mm.1.3.3耐腐蚀性能钢中加入可以形成保护膜的铬、镍、铝、钛；改变电极电位的铜以及改善晶间腐蚀的钛、铌等，可以提高耐腐蚀性5。钢铁，特别是钣金的常用表面处理：加入铬，表面会很光亮，切忌六价铬，一般作为外露金属件的镀层，很美观。1.3.4各种典型齿轮故障及其特征齿轮故障很多，在齿轮的运转中，由于制造与安装的不良，而造成内圆轴线与齿轮不同心不对中，以及大型齿轮的动不平衡，由于齿面间承受着交变载荷，引起的齿面剥落、胶合、点蚀、磨损及断齿等失效形式。1 塑性变

19、形齿面产生的塑性变形，主要是因为硬化层较薄或心部基体较软，齿面硬度偏低，在过载或者冲击负荷较大情况下而造成的变形。变形较大时，时域中通常会明显的出现以一定时间为间隔的冲击振动，边带数量密而且多6。变形较小时，频谱中主要以齿轮啮合频率和谐波为载波频率，齿轮所在轴转频为调制间隔的边带成分，但其数量稀少。2 齿面磨损磨损失效在齿轮的失效中占的比重很大。齿轮运转速度过高或者过低均可能导致齿面早期的磨损失效。这是齿轮在运转的过程中，周围环境较差，混入硬质颗粒，因而造成严重磨粒磨损，引起磨损，使表面不能形成良好的油膜，金属间直接接触，而出现早期的磨损失效7。在大型的重载开式齿轮中，失效原因基本上都是磨损失

20、效。齿面磨损为均匀磨损时由于无冲击的振动产生，不会出现明显调制现象；当磨损发展到一定的程度时，啮合频率和高次谐波幅值明显增大。同时，振动能量大幅增加。3 齿面严重点蚀齿面疲劳是造成齿面的严重点蚀的重要原因。齿轮在啮合的过程中，受到周期性的变化接触应力作用，当接触应力超过次表面材料的极限应力或者超过轮齿工作表面时，就会在相应的部位产生微小的疲劳裂纹。疲劳裂纹不断延伸，扩展，最终使小块金属脱落，形成了小凹坑。由于接触疲劳所造成的点蚀多而出现在节点以下的齿面部位，因为在该部位齿轮的滑动和滚动方向相反。齿面的硬化层的深度与硬度和接触疲劳强度有着密切的联系，通过提高齿面的硬度办法来提高齿面的抗点蚀能力。

21、齿面的点蚀在频域表现为：在啮合频率与高次谐波附近存在以点蚀，齿轮所在轴的转频为调制的边频，但调质边频带数量稀少。4 断齿从统计数字上来看，断齿的失效也占有一定比例，断裂是导致齿轮断齿失效的重要因素其一。由断裂引起的断齿主要发生在齿根部位，齿轮断齿时振动信号有很大的冲击振动。频率的成分主要有断齿轴的谐波与啮合频率、转频以及在啮合频率与谐波附近存在的以断齿轴转频为间隔调质边频带。1.3.5我国齿轮机床行业发展存在的问题 尽管取得了上述种种成绩，但国产数控机床仍远不能满足机床消费结构日益升级的，迄今中国机床市场上“高端失守、低端混战”的局面尚未得到根本转变，目前中国机床产业仅仅在规模方面具有相对比较

22、优势，与机床制造强国相比较，在结构、水平、研发和服务能力等方面都还存在明显的差距，具体表现在以下几方面：第一、低端产品产能过剩导致价格战，高端产品主要依赖进口。进口产品几乎都是高档数控机床（包括成套生产线）。由此可见，国产机床在高端产品的供应仍不能满足国内市场的需求，国产机床产品大多属于中低端产品，这也是我国齿轮机床行业出现结构性矛盾的主要原因。第二、高性能数控系统和功能部件的发展滞后于主机，并已成为制约数控机床产业发展的瓶颈。从产品构成情况来看，高档数控机床所占比重低。我国金属切削机床产品产量中车床、钻床、铣床和磨床的比例较高，而加工中心的产量仅占金切机床产量的1.73%，与机床强国之间的差

23、距非常大。数控金属切削机床产量中车床、特殊加工机床、加工中心、铣床、磨床的占比相对较高，数控车床的比例更是高达一半以上。第三、自主创新能力不强。在一些关键的共性技术上与发达国家还有不小差距，而且企业在产品研发和技术创新方面投入的精力还不够，目前国内机床企业一直在尝试产学研的研发体系建设，但是还处于探索阶段。第四、产业集中度不高。企业多而散，全行业企业多达5944家；主机企业大而不强，小而不精；配套能力弱，产业分工不清晰；与数控机床产业快速发展相适应的产业链体系还不够完善。第五、高端人才匮乏，尤其是缺少高端数控机床、数控系统和功能部件研发的领军人才；缺少高级技工；缺少具有国际化视野的复合型管理人

24、才8。目前，高端人才不足已成为制约数控机床产业快速、可持续发展的深层次原因。1.3.6齿轮质量改进的几点建议 加强装配的控制（1）在装配时加强啮合间隙的控制，调整螺旋伞，并且用塞尺验。（2）调整螺旋伞齿轮啮合的印痕，用涂红丹粉的方法检验从动螺旋伞齿轮的啮合印痕该为：齿面接触斑点沿齿高方向长度为全齿高的37%60%，距小端齿长7%15%，非工作凹面的接触斑点控制在齿的中部9。结构改进改进螺栓的防松方式 ，引进高强度的螺栓防松:（1）改变差速器联接螺栓和从动螺旋伞齿轮的结构，取消轴承座固定的螺栓串联铁丝防松结构，同时又取消开口销锁紧结构，全部使用高强度螺栓10。（2）采用高强度的垫圈。（3）装配时

25、涂高强度螺纹锁固剂，螺纹锁固剂可用于冲击的螺纹件的锁固，通过改进与承受强烈振动，有效地防止了螺纹松动现象。1.4提高机床齿轮性能的措施1.4.1齿轮材料的选择（1）根据齿轮的性能要求来选择（2）根据齿轮的承载能力来选择(轻负荷，轻度或中度冲击载荷)（3）根据齿轮的工作条件来选择（4）根据材料的工艺性能（渗氮速度和处理温度）根据以上选择依据，我们选用40Cr作为我们的基体材料。1.4.2齿轮材料的的加工过程锻坯预先热处理切削加工离子氮化精加工（一般不需要）1.4.3机床齿轮的服役条件齿轮在工作时的一般受力情况是齿轮通齿面接触传递动力，造成两齿面在相对滑动和动中产生剧烈摩擦，并使齿面承受交变接触应

26、力齿根承受交变弯曲应力在齿轮启动、换档和合不均匀时承受冲击载荷11。因此，齿轮主要的失效形式是摩擦所引的齿面过度磨损和交变接触压应力产生的表面触疲劳破坏即疲劳磨损弯曲疲劳应力和冲力所引起的疲劳断裂或其他形式断裂。1.5离子氮化工艺1.5.1离子氮化的原理Fe-N状态图是研究氮化层组织、相结构及氮浓度沿渗层分布的一个重要的依据。上图为Fe-N状态图，图中有两个共析反应：在590，N%=2.35%处，发生+Fe4N()反应；在650, N%=4.55%处发生+反应。铁和氮在不同条件下可以形成五个相。(1)相。氮在-Fe中的间隙固溶体，氮原子在-Fe晶格中位居八面体间隙12。氮在-Fe中最大溶解度在

27、590时为N%=0.1%。(2)相。氮在-Fe中的间隙固溶体，即含氮奥氏体。相在590以上存在，在此温度发生共析反应+，共析点N%=2.35%，在650时溶解度达到最大值，N%=2.8%。相中，氮原子位于八面体间隙。(3)相。成分可变的间隙相，在化合物中氮原子有序的占据由铁原子组成的面心立方晶格的位置。它存在于N%=5.7%6.1%，当N%=5.9%时，化合物为Fe4N。相于680以上将发生分解，并溶于相中。(4)相。一种成分可变的氮化物（N%=4.55%11.0%），它是以氮化物Fe（2-3）N为基的固溶体。在化合物中，氮原子有序的占据着有铁原子组成的密排六方晶格的间隙位。(5)相。是以Fe

28、2N化合物为基的具有正角菱形点阵的间隙固溶体,N%=11.0%11.35%之间变化。性脆，在500以上转变成相。1.5.2离子氮化的工艺过程离子氮化：工件装炉抽真空（10pa）接通电源（通入少量气体起辉溅射，用轻微打弧除去工件表面赃物）增加气体流量工件保温（1301060pa）关闭阀门，切断电源降温（200）出炉1.5.3渗氮层的性能1、 硬度和耐磨性工件经渗氮后表面具有高的硬度，如38CrMoAlA钢工件渗氮层硬度可达1200HV，远高于渗碳层表面的硬度，因此其耐磨性特别好。渗氮层的高硬度是由于合金氮化物弥散强化的作用13。氮化物具有很高的硬度，而且晶格常数比基体-Fe大得多，当它与基体保持

29、共格联系时，使-Fe晶格产生很大的畸变，从而产生显著的强化效果。但当它氮化温度升高，氮化物长大并和基体脱离共格联系时，硬度将降低。加入多种合金元素的合金钢比一种元素的合金钢产生的畸变大，因此表现为具有较高的基体硬度。同事合金元素促使-Fe能溶解更多的氮原子，使微观应力增大，硬度提高；氮化后的快冷使过饱和固溶体发生时效，也可增加基体的硬度。2、疲劳强度工件经渗氮后大大提高了抗疲劳能力，这是由于渗氮层内析出比容较大的氮化物相，产生较大的残余压应力。表面残余压应力的存在能部分抵消在疲劳载荷下产生的拉应力，延缓疲劳破坏过程，使疲劳强度显著升高，并降低缺口敏感性。渗氮层越厚，疲劳抗力越大14。但若出现大

30、量的脆性相会引起疲劳强度降低。因此从疲劳强度看，渗氮层深度一般以0.5mm为宜。3、红硬性渗氮层的抗回火能力一般可保持到氮化温度，因此在500以下可长期保持高硬度，短时间超过600，硬度不降低，若超过600625，渗氮层中弥散分布的氮化物将发生聚集，基体组织将发生转变，因此硬度变下降。但即使加热到9001000硬度也不可能降低到未渗氮状态的硬度。1.5.4渗氮层的质量检验1、外观正常的氮化零件表面应呈银灰色，若表面出现黄或蓝等颜色，说明在氮化或冷却过程中零件表面被氧化15。在氮化后期产生的氧化层仅影响零件的外观，不影响使用性能。2、渗层硬度测定用维氏硬度或表面洛氏硬度计测定渗氮层的表面硬度。为

31、避免载荷过大压穿氮化层，以及载荷过小使测量不准确，可根据氮化层深度选择负荷，见表一：表一：测量渗氮层表面硬度计负荷选用表渗氮层厚度/mm洛氏表面硬度计负荷/kN维氏硬度计负荷/kN0.351471470.350.52942940.55885883、渗氮层的脆性检验渗氮层的脆性是根据维氏硬度计压头的棱锥在工件表面上的压痕形状来评定16。试验力为98.07N，对工件缓慢加载，卸去载荷后观察压痕状况，依其边缘的完整性将渗氮层脆性分为5级。1级 不脆，压痕边缘完整无缺2级 略脆，压痕边缘略有崩碎3级 压痕边缘崩碎较4级5级 极脆，压痕边缘严重脆裂通常1、2级合格，3、4、5级不合格。但若经扩散处理或磨

32、削后再次进行脆性检验，如符合1、2级标准仍为合格。采用压痕法主观因素较多，目前应用的更为客观的方法是声发射技术，通过测量渗氮试样在弯曲或扭转过程中出现第一根裂纹的挠度来定量描述脆性。4、渗氮层深度的测定从表面至与基体组织有明显分界为止的距离为氮化层深度。其测量方法有断口法、金相法、硬度法三种。断口法是将带缺口的试样打断，用25倍放大镜进行测量。由于氮化层组织较细呈现瓷状断口而心部组织较粗呈现塑性破断的特征，因此能直接测出渗氮层的深度。此法方便迅速，但精度较低。金相法是利用渗氮层组织与心部组织抗腐蚀性能不同的特点测量渗氮层深度17。将金相试样用34硝酸酒精溶液或4苦味酸酒精溶液侵蚀后，在放大10

33、0或200倍的显微镜下，从试样表面垂直方向测至与基体组织有明显的分界处为止，此深度即为渗氮层深度。对于渗氮层显微组织与扩散层显微组织无明显分界线的试样，可加热至接近或略低于Ac1（700800）的温度，然后水淬，利用渗氮层含氮而使Ac1点降低的特点测定层深，此时渗层淬火成为抗蚀性能较好的的马氏体组织，而心部为抗蚀性能较差的高温回火组织。硬度法是将渗氮后的试样从表面沿层深方向测得一系列硬度值，维氏硬度为500HV试验力为2.94N，以上者皆可算在氮化层内。5、金相组织检查金相组织检查包括渗氮层组织检查和心部组织检查两部分。合格的渗氮组织应是索氏体加氮化物，不应有白色的针状、脉状、网状及鱼骨状氮化

34、物，否则会使渗层变脆，剥落。最外层出现的脆性相应磨去，合格的心部组织应为回火索氏体组织（调制处理），不允许有大量游离铁素体存在18。1.5.5氮化件常见的缺陷及预防1、渗氮层硬度低产生硬度低的原因是氮化温度过高；氨分解率偏高或中断氨气供给的时间太长；使用新的氮化罐或氮化罐久用未退氮，从而提高了氨分解率；不合理装炉，造成气流不均匀，使部分零件氮化不良；零件调质后心部硬度太低等，可采取相应的预防措施19。例如，合理确定和控制氮化工艺温度；加强对氨分解率的测定和控制；在使用新氮化罐时，注意适当加大氨气流量；氮化罐使用10炉左右进行一次退氮处理；预备热处理时，适当降低调质回火温度，以提高零件心部硬度。

35、除了因氮化温度偏高及调质心部硬度太低外，其他原因产生的氮化层硬度低均可通过补充氮化来补救。补充氮化的工艺是510、10h氮化，氨分解率20%30%。2、渗氮层浅氮化层深度不足的原因是：氮化温度偏低；保温时间太短；氨分解率过高或过低；使用了新的氮化罐或夹具；工件之间距离太近等。针对以上原因可采取相应的预防措施，例如，对新用的氮化罐或夹具，一定要空炉氮化一两次后再使用；严格控制温度、时间、氨分解率等工艺参数。补偿措施是进行一次补充氮化，其工艺应根据氮化层已达到的深度及表面硬度等具体情况而定。如表面硬度很高，补充氮化温度可高些，时间则可短些；反之，则应用较低的温度，保温时间按具体情况而定。3、工件表

36、面硬度不均匀渗氮层硬度不均匀是指零件局部表面有软点或面积不等的软块20。产生的原因是炉内温度不均匀或炉内进气管道上部分进气孔堵塞，造成气流分布不均匀；零件表面有锈斑、油污；装炉量太大，零件彼此间距太小；绑扎铁丝上的锌或镀锡层（防止渗氮）流淌到氮化面上，补救办法是重新进行氮化。4、氮化层脆性大或气泡脱落氮化层脆性大产生的原因是液氨含水量高，造成脱碳；氮化前工件表面脱碳层未全部加工掉；氨分解率过低，氨浓度太高，退氮不当；工件有尖角、锐边，表面太粗糙等。挽救的方法是进行一次退氮处理（500520，35h，氨分解率80%）；磨掉白亮层；在20%NaCN溶液中，于6080浸煮6-8h，去掉白亮层。5、工

37、件变形大产生工件变形的原因是零件氮化前机械加工或预备热处理的残余应力未彻底消除；零件形状复杂，厚薄尺寸相差悬殊，有易变形的尖角、棱角等；氮化技术要求不合理，要求渗层太深或不均匀的局部氮化；氮化温度过高或不均匀，氮化时间过长；出炉过早；升降温过快或氨气流量不稳定等都会导致变形增大。对于尺寸要求不高的零件可以进行热校，但校直后必须进行消除应力处理。6、表面氧化氮化罐漏气，氮化罐中有空气侵入；出炉温度太高，在300以上出炉，零件表面发生氧化；氮化后过早停止通氨，罐内出现负压，吸入了空气；氨液含水量超过了规定的要求或干燥剂失效，有过多的水分进入罐内造成氧化，进气管道内积存了水分，进入罐内导致氧化等。表

38、面氧化一般没有什么影响，对要求高的零件可再进行一次3h的氮化处理，因氨分解的氢使工件表面上的氧化物还原，从而使氧化色消除。7、氮化层不致密、抗蚀性差产生氮化层不致密、抗蚀性差的原因是表面氨浓度太低，工件表面有锈斑。对抗蚀氮化的工件可再进行一次氮化。8、渗层中出现网状或波纹状氮化物氮化温度过高、氨气含水量多、调质淬火温度过高所造成的晶粒粗大以及零件尖角或锐边处，都会导致在扩散层中形成波纹状及网状氮化物21。这种组织的出现，严重影响氮化质量，使氮化层脆性增加，极易剥落，可用扩散处理方法予以减轻。9、针状或鱼骨状氮化物产生针状或鱼骨状氮化物的原因是工件表面有脱碳层、氨气含水量高造成脱碳或氮化前钢内已

39、有大块铁素体或上贝氏体组织。针状或鱼骨状氮化物增加渗层脆性。1.5.6离子氮化与离子渗碳的区别渗碳和渗氮最大的区别就是介质不同，适用的钢也不同，渗碳适用于低碳钢，渗氮适用于中碳钢。渗碳：渗碳是目前应用最广泛的一种化学热处理方法。它是渗碳介质在工件表面产生的活性碳原子，经过表面吸收和扩散，将碳渗入低碳钢或低碳合金钢工件表层，使其达到共析或略高于共析成分时的含碳量，以便将工件淬火和低温回火后，其表层的硬度、强度，特别是疲劳强度和耐磨性，较心部都有显著的提高，而心部仍保持一定的强度和良好的韧性22。渗氮：将氮渗入钢件表面的热处理工艺称为钢的氮化或渗氮。特点：氮化能使钢件表面获得比渗碳更高的表面硬度（

40、可高达HV9501200）、耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性。氮化在钢件表面形成稳定的化合物层，所以氮化还可以提高钢件的抗蚀性。氮化温度低，一般480600，常用560，而且氮化后通常炉冷，因此氮化后工件变形很小。氮化周期长，一般几十甚至上百小时、成本高、氮化层较薄，一般0.5mm、且脆性较高，使氮化件不能承受太高的接触应力和冲击载荷。1.6课题研究意义及主要内容得益于近年来汽车、风电、核电行业的拉动，汽车齿轮加工机床、大规格齿轮加工机床的需求增长变得十分耀眼。而齿轮机床是机床工业公认技术含量最高、零部件最多、结构最复杂的产品之一。但一度我国齿轮机床行业处在一个十分尴尬的境地。过去我国机床生

41、产企业在技术上相对落后，普遍缺乏自主创新能力及关键、核心技术支撑，其产品主要以生产低端产品为主，缺乏竞争力，在数控机床质量的稳定性、可靠性、耐用性上同国外先进产品相比存在明显差距。基于上述情况，结合我校所具备的实验设备和实验条件，选定本论文的研究内容为：1、利用离子氮化技术对齿轮进行表面强化处理，分析离子氮化对齿轮的表面性能的影响；2、对离子氮化后的齿轮进行组织形貌、厚度、成分、硬度、抗氧化性能、抗腐蚀性能进行分析。第二章 实验内容及条件2.1试样的制备机床齿轮的性能不仅取决于基材的常规工艺操作，也取决于后期的特殊工艺操作，如离子氮化及离子氮化工艺参数的设置。所以对材料的选择及工艺的选择非常重

42、要。2.1.1齿轮材料的选择基体材料为40Cr，氮源为氨气2.1.2齿轮材料的制备过程 1、预先热处理调质钢经热加工后，必须经过预备热处理来降低硬度，便于切削加工，消除热加工时造成的组织缺陷，细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好准备。对于40Cr 钢而言，可进行正火或退火处理。2、最终热处理调质钢的最终热处理是淬火加高温回火23。一般可以采用较慢的冷却速度淬火，可以用油淬以避免热处理缺陷。当强度较高时，采用较低的回火温度，反之选用较高的回火温度。本次实验是将40Cr在840860下淬火，然后油冷，最后在500540回火。3、离子氮化处理离子氮化，又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。离子渗氮

43、是在充以含氮气体的低真空炉体内把金属工件作为阴极炉体为阳极，通电后介质中的氮氢原子在高压直流电场下被电离，在阴阳极之间形成等离子区。在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子高速向工件表面轰击。离子的高动能转变为热能，加热工件表面至所需温度。由于离子的轰击，工件表面产生原子溅射，因而得到净化，同时由于吸附和扩散作用，氮遂渗入工件表面，离子渗氮装置见图一24。炉子的工艺参数为温度550，气氛是分解氨。离子渗氮属于等离子热处理的范畴，也是渗氮化学热处理中的一种。它是利用稀薄气体辉光放电形成活性氮离子，在直流电场中对工件进行热处理的一种表面改性技术。相比于气体渗氮，离子渗氮具有清洁无公害、渗速快、节能省

44、气、畸变小、渗层组成可调、处理温度范围广( 从 380 850 ) 等优点，已被广泛用于碳素结构钢、合金结构钢、工模具钢、不锈钢、球墨铸铁、灰口铸铁、钛合金、粉末冶金等材料的表面强化。2.2齿轮材料的的性能表征离子渗氮过程中，离子渗氮作为强化金属表面的一种化学热处理方法，广泛适用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢及钛合金等。零件经离子渗氮处理后，可显著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲劳强度，抗蚀能力及抗烧伤性等。同时，在离子渗氮过程中，也存在一些缺陷，例如，硬度偏低、硬度和渗层不均匀、变形超差、外观质量差、脉状氮化物等25。而在实际使用中，对齿轮的性能要求很高。所以，离子渗氮层的表征对其应

45、用于实际具有重要意义。2.2.1齿轮材料表征所用仪器1、金相试样抛光机金相试样的制备是通过切割机、镶嵌机、磨/抛光机来完成的，金相试样的最终质量是由抛光工序决定的，抛光是金相制样过程中至关重要的一环。抛光是将试样上磨制产生的磨痕及变形层去掉，使其成为光滑镜面的最后工序。2、 金相显微镜金相显微镜用于鉴别和分析各种材料内部的组织。原材料的检验、铸造、压力加工、热处理等一系列生产过程的质量检测与控制需要使用金相显微镜，新材料、新技术的开发以及跟踪世界高科技前沿的研究工作也需要使用金相显微镜。3、 显微硬度计HXS-1000Z显微硬度计是测定金属、合金表面层及金属内部组织结构的显微硬度，测定用其他方

46、法所不能及的小件、薄件、脆硬件以及相夹杂、镀层等的硬度25。显微硬度图像处理则可在细微距离内进行精密定位的多点测量，或经表面处理后的硬化层（氮化层，渗碳层）深度的测试与分析，通过测定试样的各个组织显微硬度的变化，可以对试样进行相，组织的分析。4、 X射线衍射仪X射线衍射仪是利用衍射原理,精确测定物质的晶体结构,织构及应力,精确的进行物相分析,定性分析,定量分析,广泛应用于冶金、石油、化工、科研、航空航天、教学、材料生产等领域。X射线衍射仪是利用X射线衍射原理研究物质内部微观结构的一种大型分析仪器，广泛应用于各大、专院校、科研院所及厂矿企业。2.2.2原始试样及渗氮层的组织形貌及成分分析渗氮层的

47、宏观形貌和显微组织是渗氮层组织的重要性能之一，也是影响材料性能的最重要的因素。试样先进行调质处理，得到回火索氏体组织，550渗氮。表层为白色氮化物层(相)，次表层侵蚀后变黑，是氮化扩散层，在相和扩散层之间常有白色的脉状分布的氮化物组织，由于氮浓度的增加，脉状组织可以变粗，甚至形成网状28。为了清楚地了解渗氮层的组织及成分，因而借助金相显微镜和XRD衍射仪等仪器，帮助我们更好地探索试样的性能。目前，X射线粉末衍射技术（XRD）已发展成为最重要的材料分析测试技术之一，它具有操作简便、迅速、信息全面、样品用量少、对样品无损害、无污染、衍射强度准确等优点。主要应用于无机物，可以测定晶体中晶粒的大小、晶

48、胞形状或材料的织构等。XRD特别适用于晶态物质的物相分析。通过样品的 X 射线衍射图与已知的晶态物质的 X 射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定和定量分析。X 射线是人们首次发现的一种短波长电磁波，具有很强的穿透性，而且波长介于 0. 001 10 nm 之间，与物质的结构单元尺寸在同一个数量级，这决定了X 射线技术能够成为物质结构的主要分析手段之一。X 射线衍射是利用 X 射线在晶体或非晶体中的衍射与散射效应进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整性分析的技术。X 射线衍射基于单色 X 射线与结晶样品之间的相长干涉，衍射线空间方位和晶体结构之间满足布拉格定律。物相分

49、析不同于一般的元素分析，它不仅可获悉物质所含的元素，更侧重于元素间的化合状态和聚集态结构的分析。相同元素组成的化合物，其元素聚集态不同，则属于不同的物相。X 射线物相分析适用于晶态物质。任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构，在一定波长的 X 射线照射下，每种晶体物质都给出与其唯一对应的衍射花样。如果在样品中存在两种以上不同结构的物质时，每种物质所特有的衍射花样不变，多相样品的衍射花样只是由它所含物质的衍射花样机械叠加而成。物相定性分析是通过将实验测得的 d 值和 I 值与已知标准物质的数据相比较。通过 XRD谱图，我们可以得到很多信息。鉴别物相首先从峰位入手，如果峰位能对上，初步判定为该物质；

50、其次，还要看各衍射峰的强度相对比是否也与标准卡片上的峰强比一致，如果都一样则可肯定为该物质。峰形与样品是晶体还是非晶体有很大关系，如果是馒头峰则为标准的非晶，如果是明锐的尖峰则为晶体，峰越尖锐，半高宽越小，则表明结晶越好。当然峰强的大小也能看出物质的含量多少，大致上，峰越强，物质含量越多。在 XRD 测试中实验条件和参数的设定，会对测试结果如峰位、强度、半高宽度产生重要影响。本文结合实际操作，简单的总结了 X 射线粉末衍射仪测试中的一些小经验。2.2.3原始试样及渗氮层的硬度测量金属硬度检测是评价金属力学性能最迅速、最经济、最简单的一种试验方法。硬度检测的主要目的就是测定材料的适用性，或材料为

51、使用目的所进行的特殊硬化或软化处理的效果。硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一。硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。由于通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。金属硬度检测主要有两类试验方法：一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的。硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。静态试验方法包括布氏、洛氏、维氏

52、、努氏、韦氏、巴氏等。其中布、洛、维三种试验方法是应用最广的，它们是金属硬度检测的主要试验方法。这里的洛氏硬度试验又是应用最多的，它被广泛用于产品的检验，据统计，目前应用中的硬度计70%是洛氏硬度计。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的。这里包括肖氏和里氏硬度试验法。动态试验法主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。利用不同型号的SiC水磨砂纸将试样打磨平整，并在金相抛光机上进行抛光。抛光后，用4%硝酸溶液对其进行腐蚀，最后用无水乙醇清洗，用吹风机吹干，制成金相试样，然后在借助显微硬度计观察原始试样及离子渗氮后试样的硬度变化值。由于渗氮层较薄，所以采用显微硬度计。

53、显微硬度计主要用于测量微小、薄型试件、脆硬件的测试，通过选用各种附件或者升级各种结构可广泛的用于各种金属（黑色金属、有色金属、铸件、合金材料等）、金属组织、金属表面加工层、电镀层、硬化层（氧化、各种渗层、涂镀层）、热处理试件、碳化试件、淬火试件、相夹杂点的微小部分，玻璃、玛瑙、人造宝石、陶瓷等脆硬非金属材料的测试，在细微部分进行精密定位的多点测量，压痕的深层测试与分析，渗镀层测试与分析，硬度梯度的测试，金相组织结构的观察与研究，涂镀层厚度的测量与分析等。是实验室质检部门、计量院所质量控制、材料研究的必备检测仪器26。2.2.4原始试样及渗氮层的耐磨性的测量磨损是引起机械零件失效的主要原因之一，

54、人们总是希望能够尽量减少磨损。磨损是一个物体由于机械的原因，与另一固体的，液体的或气体的配对件发生接触和相对运动而造成表面材料不读那损失的过程。研究磨损应该分析摩擦系统中各要素与磨损有关的性质。磨损分两种形式：粘着磨损和磨粒磨损。粘着磨损是摩擦副相对运动时，由于固相焊合，接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面的现象。磨粒磨损是由硬质物体或颗粒的切削或刮擦作用引起表面材料脱落的现象。材料的耐磨损性能，用磨耗量或耐磨指数表示。耐磨性是指抵抗摩擦作用的能力影响这种能力的因素不仅取决于钢的成分、组织和性能如硬度碳化物特性、数量、形状与分布还与使用条件和拉伸工艺密切相关如：线材表面粘有大量的灰层沙粒。

55、硬度是衡量金属材料软硬程度的一项重要的性能指标，它既可理解为是材料抵抗弹性变形、塑性变形或破坏的能力，也可表述为材料抵抗残余变形和反破坏的能力。如果在相同的条件下（相同的磨擦系数、成分、组织、环境条件等等），硬度和耐磨性存在非线性的正比关系。 耐磨性几乎和材料所有性能都有关系，而且在不同磨耗机理条件下，为提高耐磨性对材料性能亦有不同要求。由于摩擦材料和试验条件各不相同，可用磨耗指数表示或由用磨耗试验机在规定条件下进行试验所测得的材料减量（g/cm2），或其倒数表示，耐磨性是摩擦磨损试验中的一个测量参量。涂料工业中指涂层对摩擦机械作用的抵抗能力。实际上是涂层的硬度、附着力和内聚力综合效应的体现。

56、在条件相同的情况下，涂层耐磨性优于金属材料，因其有黏弹性效应，可把能量缓冲、吸收和释放掉。通常用涂膜耐磨仪测定耐磨性。在一定的负载下，涂膜用橡胶砂轮经过规定的转数打磨后，求得涂膜的失重量，以克表示。纸经受橡皮、砂纸和类似物体摩擦作用时的耐久性也称耐磨性。表征纸的表面硬度。这种性质通过在规定的负荷和移动速率下，以标准摩擦材料摩擦纸时，纸的重量损失率来表示。某些希望有表面硬度的纸如箱板纸和书写纸，一般要用淀粉或胶料进行表面处理。离子渗氮后的渗层包括表面化合物层(即白亮层)以及次表层的扩散层,渗氮后的组织由、和-Fe相组成。自工作表面向内,化合物层随着FeNFe2NFe3NFe4N组织变化而实现工件

57、的渗氮。因为渗氮层的组织和物相发生了变化，所以材料的硬度及耐磨性也发生了变化27。本次摩擦磨损试验采用BDW-3型球盘磨损试验机，通过渗氮试样磨痕的表面形貌，摩擦系数及磨屑的重量，来测定磨损的程度及耐磨性。磨损试验原理见图2。第三章 实验结果及分析齿轮材料的宏观形貌和显微组织是齿轮组织结构的重要性能之一，也是影响材料性能的最重要的因素。因此只有分析清楚齿轮在离子渗氮前后的显微组织及成分的变化，才可以更好的对材料的性能进行测试，进而更好地验证离子渗氮可以提高材料的硬度及耐磨性，从而对材料的实际应用有更好的掌握。在本实验中齿轮材料的显微组织结构分析是借助金相显微镜、X射线衍射仪等仪器，观察，分析齿

58、轮材料的微观组织形貌。3.1原始试样及调质后试样的组织形貌分析600m600m （a）原始试样 （b）调质处理后的试样图3、原始试样及调质后试样的金相组织从铁碳合金相图来看：40Cr钢属于亚共析钢，缓冷到室温后的组织为铁素体+珠光体；从钢的分类来看：40Cr钢属于低淬透性调质钢，具有很高的强度，良好的塑性和韧性，即具有良好的综合机械性能。40Cr原始试样的组织见图3（a）。调质热处理是淬火加高温回火，调质可以使钢的性能得到改善，其强度、塑性和韧性都较好，具有良好的综合机械性能。调质处理后得到回火索氏体，回火索氏体是马氏体于回火时形成的，在光学金相显微镜下放大500600倍以上才能分辨出来，其为

59、铁素体基体内分布着碳化物球粒的复合组织。40Cr调质后的组织见图3（b）。3.2原始试样及离子渗氮试样成分及组织分析3.2.1原始试样及渗氮层成分分析本次实验采用的是40Cr基材，其成分见表四。由4可知，我们采用的原始试样是标准的40 Cr基材。选材合格，可以提高成分，组织，硬度，磨削量等的准确度和可信性。为了获得原始试样和离子渗氮处理后试样的成分，我们采用X 射线衍射仪，并对其成分做细致分析，进而更好地判断离子渗氮前后其性能的变化情况。X 射线衍射是利用 X 射线在晶体或非晶体中的衍射与散射效应进行物相的定性和定量分析、结构类型和不完整性分析的技术。物相定性分析是通过将实验测得的 d值和I值

60、与已知标准物质的数据比较，获悉物质所含的元素和元素间的化合状态。表四、原始试样成分元素CMnSiPSCrMoNiCuAl含量0.380.660.330.0170.0100.980.030.080.130.008图4、原始试样及离子渗氮后试样的X 射线衍射图谱由图4原始试样及离子渗氮后试样的X 射线衍射图谱可知：基体中含有大量的Fe元素；离子渗氮后渗氮层的衍射峰比较尖锐，出现了Fe4N的峰，说明含有Fe4N相。3.2.2原始试样及渗氮层组织分析根据Kollbel“溅射-沉积”理论30，当离子渗氮时间短时，单位体积内分子数量很少，碰撞几率小，使得应急表面溅射出的铁离子自由程较长，工件表面形成及沉积

61、的FeN几率就低，同时，较高动能的离子轰击表面引起新形成的化合物层被溅射。同样，当离子渗氮时间长时，单位体积内气体分子数量增加，碰撞几率增加，使得气体离化率下降，进而离子轰击表面引起的溅射效应减少，最终导致渗氮较薄。离子渗氮最重要的特点之一是可以通过控制渗氮气氛的组成、气压、电参数、温度等因素来控制表面化合物层（俗称白亮层）的结构和扩散层组织，从而满足零件的服役条件和对性能的要求。根据资料，自工作表面向内，化合物层随着FeNFe2NFe3NFe4N组织变化而实现工件的渗氮。600m600m （a）原始试样 （b）离子渗氮10h图5、原始试样及离子渗氮后试样的显微组织由图5知：原始试样的组织为回

62、火索氏体，离子渗氮后的试样渗氮层的组织为回火索氏体及氮化物，心部组织为针状的回火索氏体。观察图5（b）知：表层为白亮层，次表层为扩散层，心部为基体材料。其中，由于温度和气氛控制的适当，白亮层呈条状分布。而白亮层的组织为和相，其中，单相具有最小的脆性，但耐磨性较差，单相脆性也较小，并有较好的耐磨性和抗磨合性能。为了证明上述观点，我们专门对原始试样和离子渗氮处理后的试样的硬度，耐磨性做了研究。3.3原始试样及离子渗氮试样的硬度比较“硬度”在应用技术上的意思是一种材料受着另一种更硬的物体压入的力所呈现的阻力大小。 硬度通常是用各种类型的压痕法测量的，因此，了解塑性变形过程对于解释测量结果是很重要的。 压头产生复杂的变形机制，与试验温度、晶体位向、形状及压痕尺寸有关。 显微硬度试验是一种微观的静态试验方法， 常用的有维氏（Viok-ers）硬度29。 显微硬度计则是通过光学放大，测出在一定试验力下的金刚石角锥体压头压入被测物后所残留的压痕的对角线长度来求出的被测物的硬度， 硬度值计算公式为： F1=189.1F/d2 HV （3.31）其中，F为试验力（N），d 为压痕对角线长度 （mm）一般来讲渗层厚度大时，测量所用载荷越小，测量误差越大。对于40Cr离子渗氮处理，氮化层都比较薄，如果用大载荷，基体硬度的影响太大，测量值不能反映渗层硬度特征，为尽量减小测量