1、隨著工業(yè)進(jìn)程的加快，制造業(yè)也在飛速的發(fā)展，這就對(duì)機(jī)器零件的服役壽命提出了更高的要求。而研究表明零件的失效往往都是從表面開(kāi)始的，例如軸承、齒輪等零件長(zhǎng)期處于服役狀態(tài)下，表面磨損容易導(dǎo)致零件失效。這就需要對(duì)零件表面進(jìn)行強(qiáng)化處理，提高零件的表面性能來(lái)滿足服役要求。
　　離子滲氮作為一種常用的表面強(qiáng)化技術(shù)，在保證零件內(nèi)部強(qiáng)韌性的同時(shí)，能夠提高表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性、抗疲勞等性能，從而提高零件的服役壽命。離子滲氮具有變形小、成本低、容易

2、實(shí)現(xiàn)局部滲氮等優(yōu)點(diǎn)，從而得到了大量應(yīng)用，并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著離子滲氮技術(shù)的發(fā)展，生產(chǎn)工作者們迫切的需要通過(guò)有效的數(shù)學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)滲氮的過(guò)程，從而制定合理的工藝參數(shù)，而不是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)來(lái)給出工藝參數(shù)。針對(duì)以上情況，本文做了以下研究。
　　以調(diào)質(zhì)處理狀態(tài)的低合金鋼42CrMo作為基體材料進(jìn)行離子滲氮試驗(yàn)研究。選取3個(gè)溫度參數(shù)（510℃、540℃、560℃），4個(gè)時(shí)間參數(shù)（1h、3h、5h、7h），分析了滲氮時(shí)間和滲氮溫度對(duì)滲氮層的影響。

3、研究表明，隨著滲氮時(shí)間和滲氮溫度的增加，滲氮層厚度和復(fù)合層厚度都增加。通過(guò)離子滲氮層的截面光學(xué)照片和 SEM照片來(lái)標(biāo)定復(fù)合層厚度，結(jié)果顯示兩種方法都能很好的說(shuō)明復(fù)合層厚度變化與滲氮溫度和滲氮時(shí)間的關(guān)系，而SEM照片標(biāo)定更合理。XRD實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，溫度的升高會(huì)使γ’相的相對(duì)含量逐漸增加，而ε-Fe2-3N相的相對(duì)含量逐漸減小；隨著時(shí)間的增加ε相的相對(duì)含量逐漸增加，γ’相的相對(duì)含量減少。通過(guò)對(duì)滲氮層的分析表征實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)，為滲氮模型的建立與

4、驗(yàn)證做準(zhǔn)備。
　　本文根據(jù)實(shí)際情況，提出假設(shè)，建立了離子滲氮的擴(kuò)散-反應(yīng)模型，考慮氮原子的擴(kuò)散行為的同時(shí)考慮了合金氮化物（如CrN等）的析出，計(jì)算了擴(kuò)散層中總氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，固溶在α-Fe中的氮元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，基體中Cr元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在此基礎(chǔ)上考慮只包含γ’相的復(fù)合層生成對(duì)擴(kuò)散層氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，計(jì)算了復(fù)合層+擴(kuò)散層中總的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
　　建立了離子滲氮的變擴(kuò)散系數(shù)模型，認(rèn)為離子滲氮過(guò)程全部都是擴(kuò)散過(guò)程

5、，只是擴(kuò)散系數(shù)是隨著氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化而變化的。首先，測(cè)量540℃-5H離子滲氮試樣的截面顯微硬度，將硬度與深度數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，認(rèn)為氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)和硬度值呈線性關(guān)系，得到該工藝參數(shù)離子滲氮的氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。通過(guò)三次樣條插值法將擴(kuò)散系數(shù)與氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)擬合，得到擴(kuò)散系數(shù)與氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系函數(shù)。采用三層格式重新推導(dǎo)Crank-Nicolson差分方程，通過(guò)差分方程可計(jì)算出之后任意時(shí)刻的氮濃度，同時(shí)可以反推出硬度值。對(duì)比計(jì)算值和測(cè)量值，發(fā)現(xiàn)兩者能夠很好的匹配。