一、實驗材料與方法
試驗材料718鎳基合金的主要化學(xué)成分( 質(zhì)量分數(shù)，% ) 為: 19Cr、52.5Ni、5Co、9Ti、5Al，余量為Fe，通過線切割加工成10mm×10mm×10mm 的3個試樣塊，分別用不同的滲氮溫度進行QPQ處理，為了保證每個試樣統(tǒng)一的表面粗糙度 和光潔度，所有試樣表面進行統(tǒng)一的預(yù)處理，均用不同等級的金相砂紙研磨，并分別采用丙酮、等離子水和超聲波清洗，進行徹底脫脂去油。QPQ處理工藝為: 試 樣首先在電阻爐內(nèi)隨爐加熱至460℃，并且保溫1h; 預(yù)熱處理后直接移至鹽浴滲氮爐內(nèi)進行滲氮，爐內(nèi)CNO－的濃度為29% ( 質(zhì)量分數(shù)) ，滲氮溫度分別為 590℃、620℃、650℃，滲氮時間5h; 氧化溫度為450℃，處理時間均為30 min，然后出爐空冷至室溫，清洗隨爐帶出來的鹽液。
在HV-10001S型顯微硬度儀上進行顯微硬度測試，載荷砝碼為0.1kg，保荷時間10s，并且每一個試樣塊平均測試 硬度至少6次。利用M-2000磨損測試機進行耐磨測試，磨球為40mm的Gr15鋼球，轉(zhuǎn)速2000r/min，選擇250N的載荷，持續(xù)時間保持在3600s。每個試樣進行3次測試，通過精度為0.0001g的電子分析天平測量試樣的磨損量。
二、硬度分析
QPQ滲氮溫度對718鎳基合金表面硬度的影響如圖1所示。QPQ處理后的試樣須磨去表面疏松與黑色氧化層，再用顯微硬度計進行硬度測試。圖1中的顯微硬度變化曲線顯示了滲氮層的有效硬度深度大約為0.1mm。不同滲氮溫度下QPQ 處理后試樣的表面硬度存在明顯的區(qū)別，且隨著滲氮溫度的升高，表面硬度呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，硬度的變化趨勢符合拋物線形狀。圖1中620℃滲氮處理的試樣的表面硬度大，為1200 HV0.1，該硬度幾乎比未處理試樣的表面硬度大 3倍。對比未處理試樣，經(jīng)QPQ處理后試樣的硬度急劇增大主要是由于鉻、鐵的氮化物形成，如圖1所示，滲氮試樣的顯微硬度梯度曲線也說明了滲氮層與基體硬度存在著明顯區(qū)別。經(jīng)滲氮處理后的硬度分布與氮的擴散轉(zhuǎn)變有關(guān)，另外，圖1中顯示隨著滲氮溫度的提高，試樣的表面硬度首先是急劇升高，然后當滲氮溫度超過620℃，試樣的表面硬度反而得到相應(yīng)地降低，關(guān)于這種現(xiàn)象是由于持續(xù)的滲氮處理，造成了金屬表面的疏松組織的增多，同時高溫促進了晶粒的聚集長大以及大量的合金元素Cr與滲入的氮原子結(jié)合成CrN造成表面硬度的降低。

圖1 不同溫度QPQ處理的718鎳基合金試樣的硬度分布曲線

三、磨損性能分析
圖2展示了在不同條件下，未處理的718鎳基合金試樣與經(jīng)QPQ處理后的試樣在相同的干滑動磨損測試下磨損量的變化，顯然未處理試樣的磨損量比滲氮后的試樣高，而且未處理試樣的磨損量高達403.4mg，滲氮試樣的磨損量有一個急劇的減少，且當滲氮溫度620℃時，其磨損量最小，達到1.2mg，是未處理試樣磨損量的 0.3% ，毫無疑問這個結(jié)果說明了經(jīng)QPQ處理的滲氮試樣有著優(yōu)良的耐磨性。因此，從圖2中可以看出，在與其它的滲氮溫度相比，在620℃時經(jīng)QPQ處理的試樣的耐磨性能更好。這一結(jié)果同時也得出一個結(jié)論: 在干滑動摩擦磨損測試下，經(jīng)QPQ處理的鎳基合金的耐磨性與其滲氮溫度有關(guān)，且經(jīng)過QPQ處理后試樣表面的摩擦因數(shù)也得到相應(yīng)地減小。隨著溫度的升高，鉻的氮化物和鉻鐵氧化物增加或許是耐磨性能提高的主要因素。隨著熱擴散和鹽浴反應(yīng)的發(fā)生，越來越多的氮化物和氧化物在基體表面生成，例如Fe4N、CrN、Fe3O4等；這些說明了經(jīng)QPQ復(fù)合鹽浴處理后，試樣表面主要由高硬度和低摩擦因數(shù)的鉻鐵氧化物和氮化物組成，這些化合物使QPQ處理的試樣得到更高的耐磨性。同時也表明經(jīng)QPQ處理后的高耐磨性與圖1中試樣獲得的高表面硬度的結(jié)果相一致。

圖2 未處理及經(jīng)不同溫度滲氮處理的718鎳基合金試樣磨損測試后的磨損量