本文選題：強流脈沖電子束輻照處理 + 表面合金化��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：本文基于航空主軸軸承材料中應(yīng)用最廣的M50鋼為研究對象,結(jié)合磁控濺射和強流脈沖電子束對其進行表面合金化處理,以提高軸承在極端環(huán)境下的服役壽命。通過研究電子束表面合金化處理層的不同形貌成因以及顯微結(jié)構(gòu)特征,揭示了合金化層內(nèi)非平衡態(tài)凝固過程以及納米顆粒析出強化機制,為該技術(shù)的廣泛應(yīng)用和深入研究提供了理論基礎(chǔ),并最終實現(xiàn)在M50鋼表面制備出高硬度、低摩擦系數(shù)和耐腐蝕性合金化層。經(jīng)過電子束表面合金化處理后,合金化層表面形貌對合金化參數(shù)和預(yù)沉積層種類尤為敏感,并在合金化層表面形成了分層、裂紋和表面熔坑等多種形貌。其形成原因主要包括三個因素:預(yù)沉積層與M50鋼基體熱物性的差異、輻照能量在次表層的累積和合金化層內(nèi)中間產(chǎn)物的析出,其中部分形貌的形成是由于多個因素的綜合作用。針對不同種類的預(yù)沉積層,通過控制輻照次數(shù)、能量密度和預(yù)沉積層厚度,提高合金化層表面的質(zhì)量,并得到最優(yōu)的電子束合金化工藝參數(shù)。經(jīng)過合金化處理后,預(yù)沉積層和M50鋼基體混合熔化達到冶金結(jié)合,試樣表面出現(xiàn)了明顯的合金化“白亮層”,其厚度約為4-6μm,次表層為熱影響區(qū)厚度約10-20μm,主要由細(xì)小的片狀馬氏體和碳化物顆粒組成。合金化參數(shù)對合金化層的顯微結(jié)構(gòu)有較大影響,并在內(nèi)部出現(xiàn)多層結(jié)構(gòu)。Ta合金化層由表至里依次為δ-Fe相和馬氏體,在表層δ-Fe晶粒內(nèi)出現(xiàn)了大量的富Ta的調(diào)幅狀和顆粒狀結(jié)構(gòu)。Cr合金化層由表至里依次為Fe-Cr固溶體、奧氏體和馬氏體,在Fe-Cr固溶體內(nèi),同樣出現(xiàn)了明顯的調(diào)幅狀結(jié)構(gòu),且局部區(qū)域出現(xiàn)非晶結(jié)構(gòu)。在凝固界面移動速率、溫度梯度、過冷度和溶質(zhì)濃度的共同作用下,電子束合金化結(jié)束后凝固界面以平面狀、胞狀,再回到平面狀呈現(xiàn)。在凝固后,合金化層內(nèi)固相中通過原子的短程擴散偏聚而產(chǎn)生納米級調(diào)幅狀結(jié)構(gòu)。合金化層中的納米級調(diào)幅狀結(jié)構(gòu)在回火過程中為碳化物顆粒析出與長大提供有利環(huán)境�；鼗疬^程中,由于在合金化層中調(diào)幅狀結(jié)構(gòu)處存在大量缺陷,為碳化物的形核提供理想位置,同時調(diào)幅狀結(jié)構(gòu)處富集的合金元素也為碳化物的形核與長大提供物質(zhì)來源,因此在Ta和Cr合金化表層分別析出了的碳化物顆粒Ta C和M23C26,其約為幾納米,且與基體分別存在[011]δ-Fe//[001]Ta C和[113]FeCr//M_23C_6[122]的取向關(guān)系。經(jīng)過表面合金化和后續(xù)回火處理后,合金化層表面硬度、耐摩擦性能和耐腐蝕性能較原始M50鋼均有明顯提升。合金化層表面硬度較原始M50鋼基體有小幅度下降,但通過后續(xù)回火處理在表層析出納米級碳化物顆粒,提高了合金化層表面硬度,其中回火后Ta和Cr合金化層的最大硬度分別達到17.3GPa和18.2GPa。通過分析得到了表層硬度與回火參數(shù)的函數(shù)變化關(guān)系。合金化試樣的表層和次表層均呈拉應(yīng)力狀態(tài),其表層拉應(yīng)力值約700 MPa�；鼗鹛幚砗�,表層拉應(yīng)力值大幅度降低,甚至已轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力狀態(tài)。在摩擦磨損過程中在磨損表面形成了低摩擦系數(shù)的氧化物,起到固體潤滑劑的作用,降低了合金化層的摩擦系數(shù)。在腐蝕過程中合金化層內(nèi)固溶態(tài)的合金元素有利于鈍化層的形成,腐蝕電位大幅度提高,在鹽霧和鹽水浸泡中的耐腐蝕性能均有顯著提升。因此,強流脈沖電子束表面合金化技術(shù)有效提高了M50鋼表面的綜合性能,可用于在極限服役條件下的軸承零件表面處理,為提高軸承服役壽命和可靠性提供技術(shù)途徑。
[Abstract]:In this paper , based on the most widely used M50 steel in the aeronautical spindle bearing material , the surface alloying treatment is carried out by combining magnetron sputtering and strong current pulse electron beam to improve the service life of the bearing in the extreme environment . In the process of tempering , the surface hardness of the alloying layer is higher than that of the original M50 steel . The high - current pulsed electron beam surface alloying technology effectively improves the comprehensive performance of the surface of the M50 steel , can be used for surface treatment of the bearing part under the limit service condition , and provides a technical way for improving the service life and reliability of the bearing .

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG174.44

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉德林;姜濤;何玉懷;劉春江;陶春虎;;淺論國內(nèi)航空軸承的失效問題[J];失效分析與預(yù)防;2015年05期

2 薛彥慶;汪誠;王學(xué)德;賴志林;;強流脈沖離子束輻照改善W9Cr4V軸承鋼的表面性能[J];中國表面工程;2012年03期

3 徐祖耀;;淬火-碳分配-回火(Q-P-T)工藝淺介[J];金屬熱處理;2009年06期

4 徐祖耀;;用于超高強度鋼的淬火-碳分配-回火(沉淀)(Q-P-T)工藝[J];熱處理;2008年02期

5 郝勝智;吳平生;張向東;鄒建新;秦穎;董闖;;強流脈沖電子束表面處理[J];金屬熱處理;2008年01期

6 鄒龍江;高路斯;王蘭芳;;GCr15SiMn鋼軸承套圈開裂原因分析[J];機械工程材料;2007年05期

7 樓小玲;鮑雨梅;柴國鐘;郝偉娜;蔣明安;;基于Hertz接觸理論的涂層界面應(yīng)力分析[J];浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報;2006年05期

8 劉橋方,嚴(yán)楓;我國軸承制造技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢[J];軸承;2005年06期

9 鄢建輝,汪久根;帶有硬涂層的球軸承應(yīng)力場分析[J];軸承;2004年09期

10 林基恕;航空發(fā)動機主軸滾動軸承的技術(shù)進展[J];燃?xì)鉁u輪試驗與研究;2003年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 徐芳君;強流脈沖電子束輻照M50鋼表層組織與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 鄒建新;強流脈沖電子束材料表面改性基礎(chǔ)研究：在金屬及金屬間化合物上的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2007年

3 秦穎;強流脈沖電子束材料改性機制及數(shù)值模擬[D];大連理工大學(xué);2004年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 周紅;脈沖電子束輻照銀層形態(tài)演化機制及高溫摩擦性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 韓嬌;M50T鋼組織與碳化物控制及機制研究[D];昆明理工大學(xué);2015年

3 羅甸;強流脈沖電子束輻照材料表面溫度場和熔坑形成模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

4 孫利軍;關(guān)于N80Q鋼回火方程的實驗研究[D];西北大學(xué);2010年

，

本文編號：1749550