1前言

      高频感应加热的热处理方法使用电能，并且CO₂排放量少于渗碳淬火等普通热处理，所以是清洁热处理方法。高频感应加热可以对被处理工件进行快速短时加热、局部加热和表面加热，因此被用于表面硬化处理，对机械零部件的小型化起了很大作用。高频热处理是逐个对工件进行加热和冷却的在线处理，所以可以获得稳定的热处理质量，并且热处理后工件变形小，是具有稳定、变形小特点的热处理方法。SRIQ^?（超快速短时加热淬火），利用高功率高精度高频热处理装置，仅用0.5s就可以使工件表面奥氏体化，并进行淬火。SRIQ^?不仅具有上述的稳定、变形小的特点，而且可以对工件表面附加高的残余压缩应力和使工件表面细晶化，提高工件的疲劳强度。

      然而，高频热处理等单一热处理方法提高零部件性能的程度有限。因此为进一步提高零部件性能，对复合热处理、表面改性处理技术展开研究。

      2 SRIQ与表面热处理组合形成的复合热处理技术

      2.1“PALNIP^?”处理

      PALNIP（盐浴软氮化 SRIQ）是盐浴软氮化和表面防氧化处理与SRIQ组合的复合热处理技术，见图1。以调质钢SCM440经PALNIP处理为例，从断面组织观察到，表面防氧化处理和SRIQ处理的作用，使工件经高频淬火后，其氮化物层仍保持与盐浴软氮化处理相同的状态。SCM440是在SRIQ前进行氮化处理，使Fe-C-N系的奥氏体转变点下降，所以，可以在低于本来的SRIQ加热温度下进行SRIQ处理，这对工件表面残存氮化物层具有很大作用。

      对上述PALNIP处理材进行辊压剥蚀试验。为进行比较，还制作了对SCM440钢仅进行盐浴软氮化处理的试样（N材）和对SCM420钢进行真空渗碳淬火处理的试样（VCQ材）。N材的氮扩散硬化层厚度约为0.4mm，表面硬度约为600HV。对N材进行抗氧化 SRIQ处理的PALNIP材，由于含扩散氮的淬火硬化作用，表面硬度增至800HV。PALNIP材由于盐浴软氮化，在表层形成均匀的化合物层和硬化层，且由于SRIQ处理使硬化层厚度增大。此外，PALNIP材表面具有高于其他热处理材的残余压缩应力。

      图2是各种材料的辊压剥蚀试验结果（试验条件为：转动数1500r/min；滑动率40%；油温80℃；油种为日产ATF D-Ⅲ；大辊材料为SCM420渗碳淬火 表面磨削；大辊凸起300mm。）。在各个面压下，N材的剥蚀寿命都小于其他热处理材。N材剥蚀寿命短的原因是，虽然N材具有化合物层，但硬化层非常薄。PALNIP材的硬化层厚

      度大，所以材料的强度和剥蚀寿命都有很大提高，其强度和剥蚀寿命等于或好于VCQ材。此外，对辊压10⁷次、最大面压为2950MPa的PALNIP材试样断面进行检测，确认试样全表面存在化合物层。因此PALNIP材强度、寿命提高的原因是：1）化合物层具有降低辊压试验时的摩擦系数的作用；2）当辊压试验中温度升高时，从Fe-C-N马氏体硬化层析出ε-Fe₂N、ε-Fe₃N等铁的氮化物，具有抑制材料回火软化的作用。

      PALNIP处理技术使被处理材表面具有均匀化合物层的同时，增加了硬化层的厚度，因此使被处理材具有良好的抗剥蚀性。又由于SRIQ处理获得了大厚度硬化层，使被处理材具有优良的抗疲劳性。PALNIP处理工艺已经在部分汽车部件得到应用，目前正在向进一步实用化的方向推进。

      2.2超强加工 SRIQ

      超强加工 SRIQ处理是利用摩擦加工方法对被处理材进行超强加工后，再进行SRIQ处理的复合热处理技术。摩擦加工是将加工工具压在被加工材料表面，进行摩擦，在被加工材料表面形成纳米晶粒超微细组织的表面改性方法。超强加工 SRIQ方法是对材料进行SRIQ处理后，仍保持纳米晶粒超微细组织，并且由于SRIQ处理，在超微细组织下面形成深硬化层的新型复合处理工艺。采用该工艺可以提高处理材的转动疲劳寿命。用CNC车床对S45C钢进行超强加工（车床转动数1600r/min，压紧负荷1500N）后再进行SRIQ处理。虽然进行了SRIQ处理的奥氏体化淬火，超强加工形成的超微细纳米晶粒组织仍遗传下来。虽然被处理钢种是S45C，由于超微细纳米晶粒组织的存在，硬度却到达900HV。经SRIQ处理的材料有效硬化层厚度达到0.9mm，而仅利用超高强加工是不能获得这一厚度的硬化层的。从图3的辊压剥蚀试验结果可以看出，超高强加工 SRIQ复合处理后的S45C的转动疲劳寿命比只进行SRIQ处理的S45C的转动疲劳寿命显著提高。

      2.3 SRIQ   DLC处理

      SRIQ   DLC处理是在SRIQ处理后，进行DLC（类金刚石镀膜）处理的复合热处理技术。采用可低温处理的UBMS（非平衡磁控溅射）装置对齿轮进行DLC处理，可使齿轮高性能化。将调质钢S45C加工成动力循环式齿轮疲劳试样（模数为3的平齿轮，节圆直径99mm），对试样进行SRIQ处理，使齿轮试样的齿底部有效硬化层深度为0.6mm。之后对齿轮试样进行UBMS处理，使试样表面形成厚度为3μm的DLC镀膜。控制DLC镀膜的形成条件，使DLC镀膜的结构为中间层是2μm厚的添加W的成分梯度Me-DLC，表层是厚度1μm的10%W的Me-DLC 纯DLC的复合层。疲劳试验用的对比齿轮是S45C经SRIQ处理后，进行与DLC镀膜温度（150℃）相同的低温回火的试样。150℃的DLC镀膜温度相当于高频淬火后的随炉回火温度，所以SRIQ处理获得的高硬度、高残余压缩应力和微细化组织，在DLC处理后仍保存下来。因此，被处理材兼有SRIQ处理后的高疲劳强度和SRIQ镀膜具有的优良摩擦特性。如图3所示，动力循环式齿轮疲劳试验结果证明了DLC处理提高了齿轮的耐疲劳特性。此外，辊压剥蚀试验也同样证明了DLC处理可提高材料的抗剥蚀性。断面观察分析和FEM解析结果表明，DLC处理具有上述效果的原因是镀膜的低摩擦系数，减轻了DLC处理材表面的应力负荷，抑制了表面微观剥蚀的发生。               （慧子）