軸承是機(jī)械設(shè)備中的重要傳動零件,因此,改善軸承性能以提高其使用壽命對研制高性能設(shè)備有重要意義。M50軸承鋼材料綜合性能好,在重要發(fā)動機(jī)的主軸軸承與中高溫設(shè)備軸承被大量應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高M(jìn)50軸承鋼的使用性能和疲勞壽命,可以使用滲氮的技術(shù)手段對其表面進(jìn)行增強(qiáng),以提高軸承表面的硬度,形成表面壓應(yīng)力層,通過合理設(shè)計滲氮工藝參數(shù),可以提升軸承鋼的耐磨性能和疲勞壽命。而活性屏等離子滲氮技術(shù)作為一種新興的滲氮技術(shù),具有滲氮均勻性好、可避免邊緣效應(yīng)和空心陰極效應(yīng)的優(yōu)點,適合用于軸承零件滲氮。本文首先對活性屏內(nèi)的溫度均勻性進(jìn)行了測試,在保證溫度均勻的前提下,對M50鋼圓片、鋼球、軸承套圈切塊試樣進(jìn)行了不同工藝的活性屏滲氮試驗,利用金相顯微鏡觀察了滲氮樣品的截面組織形貌,利用X射線衍射儀分析檢測了樣品滲氮前后的物相變化,利用維氏顯微硬度計測試了樣品滲氮層的硬度分布,并利用掃描電子顯微鏡的能譜測試檢測了滲氮樣品的滲氮層各元素分布。通過分析實驗數(shù)據(jù),本文對比了滲氮時處于懸浮電位和陽極電位的樣品組織與性能,研究了鋼球和軸承套圈的滲氮均勻性,研究了氣氛、溫度、時間這三個滲氮工藝參數(shù)變化對樣品滲氮層的影響。研究... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

直流輝光放電示意圖[11]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-氮效果。圖1-1是直流輝光放電示意圖，二次電子在輝區(qū)內(nèi)激發(fā)中性分子，產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，負(fù)輝區(qū)是整個輝光放電腔室中發(fā)光最強(qiáng)的區(qū)域，有大量氣體分子在這部分區(qū)域被激發(fā)放電。正柱區(qū)通常也被稱為等離子體區(qū)，這個區(qū)域滿足準(zhǔn)電中性條件，處于懸浮電位的活性屏滲氮工件通常就處于正柱區(qū)內(nèi)。圖1-1直流輝光放電示意圖[11]等離子體滲氮即是利用輝光放電等離子體中的活性氮原子進(jìn)行滲氮，滲氮過程可分為三個階段，第一階段是高能電子與氮分子及氮原子碰撞產(chǎn)生活性氮原子，第二階段是活性氮原子由介質(zhì)中轉(zhuǎn)移到工件表面，第三階段則是活性氮原子向工件心部擴(kuò)散。目前，對等離子滲氮的第二階段氮源轉(zhuǎn)移機(jī)理仍存在爭議，有多種解釋和模型。(1)陰極濺射模型這一模型由JKlbel提出[12]，他通過設(shè)計實驗將不銹鋼板作為陽極，純鐵圓管作為陰極，并在圓管內(nèi)置玻璃管，玻璃管中通冷卻水以冷卻收集濺射產(chǎn)物。實驗測得濺射產(chǎn)物的含氮量大于19.7%，因此提出離子滲氮主要機(jī)制為：從陰極濺射的Fe原子與等離子體中的N原子結(jié)合成的FeN沉積到陰極完成滲氮，如圖1-2所示。圖1-2離子滲氮的“濺射—凝附—擴(kuò)散”模型[13]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-厚度75-100μm的滲氮層，且表面硬度提升至1064kg/mm2，殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明，樣品獲得了最高達(dá)918MPa的約100μm厚的壓應(yīng)力層。Kazuhiro等[17]對M50鋼進(jìn)行了30h的480℃下離子滲氮處理，并研究了在滲氮過程產(chǎn)生的晶間析出物，由圖1-4a)可見，M50樣品的滲氮層深度大約為100μm，但滲氮層中有大量的晶間析出物，文中指出這種晶間析出物可能是ε-Fe3N，但一般認(rèn)為這種脈狀組織是復(fù)雜的C、N、Cr的化合物，雖然對這種組織的成分結(jié)構(gòu)尚不明確，但這種晶間組織會嚴(yán)重降低M50鋼的耐磨性。圖1-4等離子體滲氮M50鋼試樣的滲氮層組織[17]a)僅滲氮；b)滲氮后保溫擴(kuò)散為此，該研究在對樣品滲氮后進(jìn)行了保溫，使M50鋼中的N可以繼續(xù)向心部擴(kuò)散，在減少脈狀組織的同時，使樣品可以達(dá)到足夠的滲氮層深度，由圖1-4b)可見，經(jīng)保溫擴(kuò)散的試樣滲氮層中基本沒有脈狀組織，且滲層深度達(dá)到了150μm。由圖1-5可見，經(jīng)過擴(kuò)散后，試樣的氮濃度梯度和硬度梯度變緩，這有利于防止表面層剝落，并且有利于提高M(jìn)50鋼的疲勞性能。圖1-5等離子體滲氮試樣的碳、氮含量和硬度的深度分布[17]a)僅滲氮；b)滲氮后保溫擴(kuò)散單嗣宏[19]研究了M50鋼離子源輔助滲氮層的組織與性能，發(fā)現(xiàn)在滲氮4h后，樣品硬度和耐磨性均顯著提高，而且樣品的表面粗糙度變化不大。其中，a）b）a）b）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3520910