【摘要】 对18Cr2Ni4W钢进行了渗碳激光强化复合处理研究。利用扫描电镜、透射电镜和图象分析仪，对其组织进行较详细的研究。结果表明，在复合工艺作用下，随着表面硬化区层深的变化，组织结构发生明显的变化。由于钢中存在大量合金元素，致使表面硬化层产生大量的残留奥氏体，降低了表面硬度。
关键词：渗碳 激光强化 显微组织 硬度分布 Proe网 ugproe.com
Microstructure of 18Cr2Ni4W Steel Treated by
Carburizing and Laser Transformation Hardening
Wang Cunshan①，Guan Zhenzhong②，Zhang Hong①，Shi Yan①
（①Department of Mechanic Engineering，Changchun Institute of Optics and Fine Mechanics，Changchun 130032）
（②Changchun Institute of Optics and Fine Mechanics，the Chinese Academy of Science）
【Abstract】 The experiment that 18Cr2Ni4W steels were treated by carburizing and laser transformation hardening was carried out．The microstructure of the treated steel was studied in detail by SEM，TEM and image analyzer．The results show that the microstructure obviously varies with the change of depth in laser hardened zone．The large amount of residual austenite was produced due to existence of alloy elements in the steel during laser transformation hardening，which decreased surface hardness．
Key words：carburizing，laser transformation hardening，microstructure，hardness distribution．
渗碳件是目前机械制造工业中广泛采用的一类工件。然而，采用常规淬火工艺对形状复杂的局部渗碳零件进行强化处理时，工件经常出现较大变形，以致在随后的磨削加工过程中，整个加工表面硬度分布不均，降低硬化效果。若采用宽带激光表面相变硬化工艺，由于其具有加工变形小，可准确实施局部强化的特点，可以解决上述工艺难题。到目前为止，国内外对碳钢激光表面相变硬化的研究进行得不少，然而，对表面碳浓度呈梯度分布的渗碳材料激光表面相变硬化研究进行得却很少。为此，本文针对重要的18Cr2Ni4W渗碳钢进行了渗碳激光强化复合处理研究，以探索在该复合工艺作用下其组织结构和性能变化规律。
1 试验材料及方法
试验用材料为18Cr2Ni4W渗碳钢，试样尺寸为40mm×22mm×15mm。经930℃渗碳后（表面含碳量为0.8%～0.9％），冷至820℃油淬，然后在160℃进行低温回火。将上述处理的试样分为3组，表面经磷化处理后，采用CGJ-Ⅲ型激光热处理宽带扫描转镜（转镜转速为2000r／min），在CGJ-93型5kW数控CO2激光处理系统上，进行宽带激光淬火。处理试样时，所用功率皆为3000W，扫描速度分别为(90、130和170)mm／min，光斑尺寸为20mm×2mm。激光强化后，将130mm／min扫描速度下处理的部分试样，直接放至液氮中进行6h冷处理。然后采用VIDAS型图象分析仪，分别对经冷处理试样和未经冷处理试样，由表及里逐层测量其微区的残留奥氏体含量。渗碳激光强化复合处理后试样的组织和结构分析，分别是在AMRAY-1000B型扫描电镜和日立H-800透射电镜上进行。显微硬度测试是在ΠMT-3型显微硬度计上进行的，载荷砝码为50g，加载时间15s。 Proe网 ugproe.com
2 试验结果及分析
2.1 显微组织
18Cr2Ni4W钢经渗碳处理，在130mm／min扫描速度下激光淬火后，表面硬化区的显微组织如图1所示。由图1可见，随着表面硬化区层深的变化，显微组织发生了明显的变化。依其组织不同，将硬化区大致分为3层。第一层为完全淬硬层，在扫描电镜下通过大量的视场观察发现，其最表层组织是由针状马氏体、渗碳体和残留奥氏体组成，亚表层组织由针状和板条两种形态马氏体及残留奥氏体组成（如图1a所示）。图2是表面针状马氏体的透射电镜照片，由图2可见，在马氏体晶内存在平行排列的细孪晶组织，对孪晶区进行选区电子衍射，经常出现相同的衍射花样，电子衍射分析表明，这种孪晶的孪晶面是｛112｝，它是在相变时的不均匀切变造成的，属相变孪晶。马氏体被大量的残留奥氏体包围。图3为针状马氏体边界处颗粒状碳化物的透射电镜照片。图4是亚表层中有代表性的板条马氏体组织，这和扫描电镜下观察的结果相一致；第二层为过渡层，其组织是由马氏体和α基体分布回火析出碳化物组成（如图1b所示）；第三层为高温回火区，原始组织发生了高温回火转变，生成回火索氏体组织（如图1c所示）。 Proe网 ugproe.com
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图1 18Cr2Ni4W钢激光淬硬区显微组织
Fig．1 Microstructure of laser
hardened zone of 18Cr2Ni4W steel UG网，首选ugproe.com
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图2 18Cr2Ni4W钢针状马氏体组织
Fig．2 Needle-like martensite of 18Cr2Ni4W steel
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图3 针状马氏体边界处的碳化物
Fig．3 Carbide Proe网 ugproe.com
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图4 18Cr2Ni4W钢板条马氏体组织
Fig．4 Plate-like martensite of 18Cr2Ni4W steel Proe网 ugproe.com
