单位：中国航发常州兰翔机械有限责任公司
不锈钢1Crl1Ni2W2MoV是12％铬型马氏体热强不锈钢，由于该钢的室温强度、持久强度均较高，并有良好的韧性、抗氧化性和耐蚀性，使其在航空工业中得到广泛应用。某一轴承零件所用材料为1Cr11Ni2W2MoV，为了提高零件的强度和耐磨性能，需要在零件表面进行渗氮强化处理，设计要求渗氮层深度大于0.20mm，硬度大于600HV。由于采用离子氮化的渗层深度达不到要求，现采用气体氮化进行渗氮。
不锈钢1Cr11Ni2W2MoV含有大量的Cr和Ni，遇到空气，表面容易形成一层致密的氧化膜（CrO3、NiO），也叫钝化膜，阻碍氮离子的渗入。对于气体氮化来讲，去除不锈钢表面的钝化膜是决定氮化成功的关键一步。生产中一般采用化学法在渗氮箱中撒入无水氯化铵，在加热过程中，由氯化铵分解出来的氯化氢将工件表面的氧化膜还原。氯化铵的用量对氮化层表面硬度和深度影响较大，用量过多，工件表面产生麻点，腐蚀氮化罐，阻塞管路，用量过少，去除钝化膜效果不好，氮化层会减薄且不均匀。还有一种去除钝化膜的方法就是机械法进行干吹砂，通过吹砂去除不锈钢表面的钝化膜，可以起到很好效果。本次工艺试验以吹砂代替氯化铵去除1Crl1Ni2W2MoV不锈钢表面钝化膜，同时摸索该种材料的氮化工艺。
1.工艺试验
试验材料1Crl1Ni2W2MoV，其成分见表1。
表11Crl1Ni2W2MoV化学成分（质量分数）（%）
成分CCrNiWMoVMnSiFe含量0.1411.21.621.680.460.220.520.48余量
材料预备热处理采用淬火：1000℃×1h油冷；高温回火：680℃×2h空冷。
根据生产经验，本次氮化工艺试验采用两种，分别是一段氮化和两段氮化工艺。氨分解率通过氨气流量进行调节。
一段氮化工艺：580℃×45h，氨分解率60%，在原气氛中随炉冷至≤150℃出炉空冷。
两段氮化工艺：第一阶段550℃×15h（氨分解率55%）随炉升温至第二阶段580℃×30h（氨气分解率65%），在原气氛中随炉冷至≤150℃出炉空冷。
采用金相法测定氮化层的深度，金相法是利用氮化层组织与心部组织抗腐蚀性能不同的特点来测定氮化层深度，氮化试样采用5%CuSO4溶液浸蚀，用金相显微镜测量氮化层深度。维氏硬度计检验氮化层表面硬度，显微维氏硬度计测量氮化层不同位置的硬度。
2.试验结果与分析
图1为渗氮后的零件，零件表面未起泡，颜色均匀，呈浅灰色。表明采用吹砂工艺代替氯化铵去除不锈钢表面钝化膜是可行的。
图1零件渗氮后宏观图
（1）渗氮零件表面硬度和渗层深度
对氮化零件进行硬度检查和金相法检测渗层深度，表2是两种不同渗氮工艺得到的渗氮零件表面硬度和渗层深度。采用一段渗氮工艺得到的渗氮层，虽然硬度可以满足，但是渗层深度不足。在两段渗氮工艺条件下，渗层深度和硬度均满足设计对零件的要求。为了验证两段渗氮工艺条件下的渗层深度满足要求，采用显微维氏硬度计对渗层进行检验，表3是两段渗氮工艺条件下，沿着表面向基体内部，每隔0.05mm，进行显微维氏硬度检验的结果，结果也验证了两段渗氮工艺的深度在0.30mm范围内，同时也说明了渗氮层的硬度沿截面分布比较平缓。
表2不同渗氮工艺条件下的表面硬度和渗层深度
一段渗氮两段渗氮表面硬度HV620～752726～856渗层深度/mm0.15～0.200.27～0.30
表3氮化层内不同位置的硬度
距离表面/mm0.050.100.150.200.250.30硬度HV837736705695662583
（2）渗氮零件金相组织
（a）表面
（b）心部
图2渗氮零件金相组织
3.结语
（1）采用吹砂进行去除不锈钢表面的钝化膜，可有效代替撒入氯化铵进行不锈钢1Crl1Ni2W2MoV的渗氮工艺。
（2）1Crl1Ni2W2MoV不锈钢的氮化工艺推荐采用两段氮化工艺：550℃×15h（氨分解率55%）+580℃×30h（氨分解率65%）。
（3）两段渗氮工艺条件下的氮化层主要氮化索氏体和弥散分布的氮化物组成，心部主要由回火索氏体和少量铁素体组成。