本文關(guān)鍵詞：氣體氧—氮碳復(fù)合處理工藝及滲層組織與性能研究

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【摘要】：國(guó)內(nèi)外對(duì)鹽浴QPQ技術(shù)的研究已有四十余年的歷史,該工藝比較成熟,并得到了廣泛應(yīng)用。但其生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢氣和廢渣對(duì)人體健康和環(huán)境造成了一定危害,使其發(fā)展受到很大限制,需要開發(fā)一種新型的表面處理技術(shù)以解決鹽浴QPQ技術(shù)產(chǎn)生的污染問題。氣體氧—氮碳復(fù)合處理作為一種新型的表面改性技術(shù),處理過程中對(duì)環(huán)境的污染較小,具有較好的發(fā)展前景。氣體氧—氮碳復(fù)合處理是氣體氮碳共滲和氣體后氧化的復(fù)合處理技術(shù)。工件氮碳共滲后再進(jìn)行氧化處理,在高硬度氮碳共滲層上形成的一層氧化物(Fe3O4)薄層,該薄層具有低的摩擦系數(shù)和高的化學(xué)穩(wěn)定性,改善了氮碳共滲件表面的電化學(xué)性能,顯著提高了氮碳共滲層的抗腐蝕性能和抗磨損性能,可被應(yīng)用于工程機(jī)械、醫(yī)療器械和汽車工業(yè)等領(lǐng)域。本課題系統(tǒng)研究了氣體氧—氮碳復(fù)合處理技術(shù)。開發(fā)了高效、環(huán)保的助氧化劑,實(shí)現(xiàn)零件高綜合性能的后氧化處理;研究了氣體氧—氮碳復(fù)合工藝,探討了不同氧化時(shí)間和氧化溫度對(duì)氣體氧—氮碳復(fù)合處理后試樣的組織與強(qiáng)化層分布的影響。通過對(duì)試樣進(jìn)行外觀觀察、金相分析和顯微硬度測(cè)試得出,氣體氧—氮碳復(fù)合處理后的試樣外觀表現(xiàn)為灰黑色。氣體氧—氮碳復(fù)合處理層由表面氧化層、化合物層和擴(kuò)散層三個(gè)區(qū)域組成。氧化層在金相顯微下呈黑色,分辨較為困難,由圖中金相和外觀顏色可初步推斷,隨著氧化溫度的提高,氧化層的厚度逐漸增大。經(jīng)過氣體氮碳共滲處理的40Cr鋼和H13鋼化合物層厚度分別為6μm~10μm和10μm~12μm。化合物層厚度隨著氧化時(shí)間的延長(zhǎng)和氧化溫度的升高逐漸變薄。隨著后氧化溫度的升高,擴(kuò)散層的厚度依次增大,后氧化時(shí)間對(duì)擴(kuò)散層深度的影響較小;此外,氣體氮碳共滲處理的40Cr鋼擴(kuò)散層要明顯比氣體氮碳共滲處理的H13鋼厚。氣體氧—氮碳復(fù)合處理后的40Cr鋼和H13鋼表層硬度總體在500HV~600HV之間變化,約為基體硬度的3~4倍,且在氣體氧—氮碳復(fù)合滲層截面上,硬度表現(xiàn)出梯度變化,由表到基體心部,平滑過渡,硬度梯度呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì),強(qiáng)化的方式為相變強(qiáng)化和固溶強(qiáng)化的共同作用。本課題還研究了氣體氧—氮碳復(fù)合滲層的腐蝕性能。對(duì)試樣進(jìn)行Tafel極化曲線測(cè)定、浸泡試驗(yàn)和鹽霧試驗(yàn)。測(cè)定Tafel極化曲線發(fā)現(xiàn)氣體氧—氮碳復(fù)合處理的40Cr鋼和H13鋼自腐蝕電位明顯高于氣體氮碳共滲層,隨著后氧化時(shí)間的延長(zhǎng)和后氧化溫度的升高,自腐蝕電位呈現(xiàn)先增大后減小的特點(diǎn),經(jīng)氣體氮碳共滲450℃、1h后氧化處理的試樣發(fā)生腐蝕的傾向最小;浸泡試驗(yàn)結(jié)果表明,氣體氧—氮碳復(fù)合處理40Cr和H13鋼試樣的腐蝕速率隨著后氧化時(shí)間的延長(zhǎng)先減小后增大,而后氧化溫度升高則腐蝕速率逐漸增大,且在400℃、1h后氧化處理后的試樣對(duì)應(yīng)的腐蝕速率最低;鹽霧試驗(yàn)結(jié)果,表明氣體氧—氮碳復(fù)合處理40Cr和H13鋼隨著后氧化時(shí)間的延長(zhǎng)鹽霧試驗(yàn)試樣出現(xiàn)銹點(diǎn)的時(shí)間先增大后減小;隨著后氧化溫度的升高鹽霧試驗(yàn)試樣出現(xiàn)銹點(diǎn)的時(shí)間逐漸縮短,在400℃、1h后氧化處理后的試樣出現(xiàn)鹽霧銹點(diǎn)的時(shí)間最長(zhǎng)達(dá)到18h,耐蝕性與鹽浴QPQ處理后的試樣相當(dāng)。此外,開發(fā)的氣體氧—氮碳復(fù)合處理技術(shù)已獲得生產(chǎn)應(yīng)用,并提供給生產(chǎn)企業(yè)用于產(chǎn)品生產(chǎn),產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
【關(guān)鍵詞】：氣體氧—氮碳復(fù)合處理 助氧化劑 微觀組織 耐蝕性能
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG156.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 緒論13-29
• 1.1 課題的研究背景和意義13-26
• 1.1.1 化學(xué)熱處理工藝和應(yīng)用13-15
• 1.1.2 鹽浴氧—氮碳復(fù)合處理的歷史和現(xiàn)狀15-17
• 1.1.3 離子氧—氮復(fù)合處理的歷史和現(xiàn)狀17-20
• 1.1.4 氣體氧—氮碳復(fù)合處理的工藝研究和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀20-26
• 1.2 課題的研究?jī)?nèi)容26-27
• 1.3 技術(shù)路線27-29
• 第二章 試驗(yàn)材料、試驗(yàn)和檢測(cè)方法29-36
• 2.1 試驗(yàn)材料29
• 2.2 氣體氧—氮碳復(fù)合處理系統(tǒng)29-31
• 2.3 試樣檢測(cè)設(shè)備及方法31-36
• 2.3.1 金相檢測(cè)31-32
• 2.3.2 硬度檢測(cè)32-33
• 2.3.3 腐蝕性能檢測(cè)33-36
• 第三章 氣體后氧化處理中助氧化劑的研究36-47
• 3.1 氣體氧—氮碳復(fù)合處理后氧化工藝中助氧化劑的選擇36-37
• 3.2 氣體后氧化處理外觀分析37-40
• 3.3 不同助氧化劑氧化處理后試樣的耐蝕性分析40-42
• 3.4 氣體后氧化處理滲層金相分析42-43
• 3.5 氣體后氧化滲層表面硬度及截面硬度變化規(guī)律分析43-44
• 3.6 后氧化層極化曲線規(guī)律分析44-45
• 3.7 本章小結(jié)45-47
• 第四章 氣體氧—氮碳復(fù)合處理工藝研究47-57
• 4.1 氣體氧—氮碳復(fù)合處理工藝參數(shù)優(yōu)化47-48
• 4.2 氣體氧—氮碳復(fù)合處理外觀分析48-50
• 4.3 氣體氧—氮碳復(fù)合處理金相分析50-51
• 4.4 氣體氧—氮碳復(fù)合處理滲層硬度變化規(guī)律分析51-53
• 4.5 氣體氧—氮碳復(fù)合處理技術(shù)的應(yīng)用53-55
• 4.5.1 模具加工53-54
• 4.5.2 生產(chǎn)型設(shè)備制造54-55
• 4.6 本章小結(jié)55-57
• 第五章 氣體氧—氮碳復(fù)合處理層耐腐蝕性能研究57-66
• 5.1 Tafel極化曲線分析57-59
• 5.2 浸泡試驗(yàn)分析59-62
• 5.3 鹽霧試驗(yàn)分析62-64
• 5.4 本章小結(jié)64-66
• 第六章 結(jié)論66-68
• 6.1 論文的主要成果和結(jié)論66-67
• 6.2 論文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)67
• 6.3 今后工作的展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 致謝72-73
• 附錄：碩士研究生階段的學(xué)術(shù)活動(dòng)和發(fā)表論文情況73-74

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：574317