等离子氮化保温时间对S45C钢疲劳性能的影响

温度500℃,气压400 Pa,N2与H2比例为40%∶60%的混合气体中,采用3组不同的处理时间(8、20、48 h)分别对S45C钢试件表面进行等离子氮化,全面探讨不同保温时间下氮化层及渗透层的微观组织、硬度、氮化层组成、残余应力,分析这些参数对S45C疲劳性能和断裂特征的影响。结果表明,3组工艺分别在S45C钢表面获得6、8、12μm深的氮化层。表面硬度由初始230 HV均提高到620 HV以上。表面残余压应力均提高到约-120 MPa。氮化物为单一γ-Fe4N相。渗氮层深度随保温时间增长而大幅增加,氮元素富集及α-Fe向γ-Fe4N相转变诱导的残余压应力在渗氮层内的扩展,使得等离子氮化保温48 h后S45C钢的疲劳强度提升为未处理试样的约3倍。根据村上公式计算"鱼眼"裂纹应力强度因子,可得其近似为3.6 MPa·m1/2。内部裂纹主要由渗透层内夹杂处萌生,夹杂成分为氧化钙、氧化铝和硫锰化合物等。