【摘要】： 本文利用“Nadezhda-2”型強(qiáng)流脈沖電子束裝置處理模具鋼SKD11,分析強(qiáng)流脈沖電子束處理產(chǎn)生的表面形貌和微觀組織變化及其對材料表面性能的影響,以提高其使用壽命。 研究表明,模具鋼SKD11富集(Cr,Fe)_7C_3型碳化物,它與材料基體的熱物理性能存在顯著差異,強(qiáng)流脈沖電子束處理會引發(fā)碳化物的熔體噴發(fā),這是處理該材料時形成表面熔坑的主要原因。經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束不同工藝參數(shù)處理,樣品表面的熔坑分布呈現(xiàn)以下規(guī)律:在相同加速電壓下,熔坑面密度隨脈沖處理次數(shù)的增加而減少,而熔坑平均尺寸呈現(xiàn)先隨脈沖次數(shù)增加到最大值而后減小的趨勢;對于相同處理次數(shù)時,使用高加速電壓的樣品表面形成的熔坑面密度較低,而且要比低電壓更快的進(jìn)入到平穩(wěn)階段。表面粗糙度呈現(xiàn)隨脈沖次數(shù)增加而降低的現(xiàn)象。 在強(qiáng)流脈沖電子束處理時,SKD11樣品表層碳化物經(jīng)過熔坑噴發(fā)和液相溶解擴(kuò)散等過程,原始形態(tài)各異、顆粒粗大、分布不均勻的碳化物會變得圓潤、細(xì)小、分布均勻;表面的Cr、C元素成分均勻化。此外,基體鐵素體組織被瞬時加熱到奧氏體溫度以上,在極快速冷卻時,高溫態(tài)的奧氏體組織會保留到常溫狀態(tài),并且冷卻時碳化物固溶于奧氏體中,形成高奧氏體含量的重熔組織;隨著脈沖次數(shù)的增加,鐵素體和碳化物含量不斷降低,而奧氏體的含量逐步增加;經(jīng)15次脈沖轟擊后,奧氏體的含量達(dá)到最大,鐵素體完全轉(zhuǎn)化成奧氏體;使用更多脈沖次數(shù)處理時,由于多脈沖的熱量累積導(dǎo)致熱影響區(qū)的溫度與表層相差不大,使表層冷卻速度減慢,鐵素體得以再次析出,而奧氏體含量也會相應(yīng)地降低。 表面形貌和微觀組織變化使得材料表面性能呈現(xiàn)以下變化:處理樣品表面硬度較原始樣品有所降低,且隨著脈沖次數(shù)的增加先降低再回升;而耐磨性和耐腐蝕性能將隨著脈沖次數(shù)的增加先增加后降低;性能變化趨勢的極值均對應(yīng)于強(qiáng)流脈沖電子束轟擊15次的樣品。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：TG142.15
【圖文】：

在連續(xù)型電子束處理方式下，電子槍發(fā)射的電子束是連續(xù)固定的，材料表面所獲得的能量主要由與材料的作用時間及對入射電子束的控制來確定。下面以日本巖田篤等人所采用的電子束表面處理裝置為例進(jìn)行說明[S1〕，如圖1.1所示。從圖中可以看出，電子束在工件表面的作用時間主要由工件相對于電子束的運(yùn)動速度、偏轉(zhuǎn)線圈的工作情況決定。其中偏轉(zhuǎn)線圈在入射能量的控制上往往具有較大的作用。一方面，電子束橫截面上的功率密度分布通常是高斯型的，電子束中心部分和邊緣部分的加熱強(qiáng)度有差別，因此會造成表面改性的不均勻性。利用偏轉(zhuǎn)線圈使電子束振動，可以形成截面功率密度分布更為均勻的入射電子束;另一方面，由于電子束可以在X、Y兩個方向上單獨(dú)進(jìn)行移動，因此可以利用李薩如原理形成圓形、三角形以及其他各種偏轉(zhuǎn)振動圖形，使得圖形中的邊線功率密度分布產(chǎn)生多種變化。這種方法具有與發(fā)射寬截面電子束相同的作用結(jié)果。二、脈沖式電子束從工藝角度來看

Fig.1.2Schematieillustrationofthesuri兔eemodifieationProeesseswitheontinuous(a)andPulsed eleetronbeam(b)如圖1.2所示，在連續(xù)輸出工作方式下，由于電子束能量的連續(xù)供給，在加熱區(qū)域的周邊產(chǎn)生熱量積蓄，與此同時在電子束照射后，滯后一段時間產(chǎn)生的蒸汽會使入射電子束發(fā)生散射，結(jié)果電子束能量密度降低，加工變質(zhì)層增大。如果能在確保加工深度的前提下，既維持所需要的能量峰值，同時脈沖地控制能量輸入，則單位時間內(nèi)來自加工區(qū)域的傳熱量減少，進(jìn)入到加工區(qū)周圍的熱量在電子束停止照射時，可以迅速擴(kuò)散。這樣不僅可以避免過多的能量損失，同時可以有效地增加冷卻速度，減少熱影響區(qū)的范圍。由于電子束以極短時間脈沖輸出，也可以減少甚至避免金屬蒸汽的產(chǎn)生，繼續(xù)照射時蒸汽已經(jīng)消失

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 信衛(wèi)坡;鋁合金電子束掃描表面處理的研究[D];桂林電子科技大學(xué);2011年

本文編號：2728410