本文關(guān)鍵詞：高錳鋼表面等離子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂層的組織與性能研究

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【摘要】：本文針對傳統(tǒng)高錳鋼零部件在低沖擊應力下難以加工硬化,導致表面等局部接觸面容易磨損失效,提出了在高錳鋼表面等離子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂層以改善高錳鋼的表面耐磨性。由于熔覆過程冷、熱循環(huán)快,熔覆層容易累積殘余應力而產(chǎn)生裂紋,熱影響區(qū)產(chǎn)生脆性魏氏體組織�；谟绊懭鄹矊映尚偷牧蛩貎�(yōu)化出熔覆工藝參數(shù),并對熔覆層進行不同熱處理工藝處理,以改善熔覆層組織穩(wěn)定性,消除殘余應力,促使魏氏體組織珠光體化轉(zhuǎn)變,提高綜合性能,得到高耐磨性和無裂紋涂層。著重分析了熔覆層裂紋產(chǎn)生機理及擴展方式、熱處理前后熔覆層與基體組織和殘余應力演變、熱處理前后熔覆層與基體摩擦磨損性能。研究結(jié)果表明：熔覆層組織由殘余滲碳體、樹枝狀奧氏體與骨架狀共析體組成,垂直于熔覆方向依次分為等軸晶區(qū)、樹枝晶區(qū)、包狀晶區(qū)、結(jié)合區(qū)平面晶；熱影響區(qū)為組織粗大魏氏體,基體為珠光體與奧氏體組織。熱處理后熔覆層組織內(nèi)奧氏體均勻化,骨架狀共晶體部分溶入晶粒內(nèi)部,晶粒Cr、Ni含量增加,晶粒內(nèi)析出(Cr,Fe)mCn顆粒相,共晶體區(qū)域聚集出黑色碳化物相,隨著熱處理溫度升高,顆粒相(Cr,Fe)mCn數(shù)量增加,分布更均勻。900℃退火處理后組織內(nèi)碳化物相完全析出,且從亞穩(wěn)態(tài)的(Cr,Fe)7C3相逐漸轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的(Cr,Fe)23C6相,熱處理區(qū)魏氏體組織重結(jié)晶成細小珠光體組織。多道熔覆的析出相數(shù)量和穩(wěn)定相轉(zhuǎn)變較單道熔覆均勻。殘余應力測試試驗表明熔覆層中應力以熱應力為主,多道熔覆層殘余應力為單道熔覆層累計,高于單道40%且均為拉應力；900℃退火處理后單、多道熔覆層因熱應力釋放、沉淀顆粒相(Cr,Fe)mCn的完全析出以及析出相穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變共同作用,降低熔覆層中應力值分別81%、67%。針對熔覆層組織改變對殘余應力的影響,從微觀角度分析了基體預熱溫度對熔覆層裂紋形成機理與擴展方式的影響。基體未預熱熔覆層內(nèi)出現(xiàn)宏觀貫穿裂紋,形成穿晶斷裂；預熱250℃后覆層出現(xiàn)微觀沿晶裂紋和穿晶裂紋,預熱350℃后熔覆層無裂紋產(chǎn)生。所有裂紋均起源于熔覆層底部的結(jié)合處,沿著結(jié)晶凝固方向往頂部發(fā)展,其擴展驅(qū)動力為快速凝固過程中垂直于熔覆方向上產(chǎn)生的溫度差和熔覆層與基體的熱膨脹系數(shù)差造成的熱應力�；w預熱350℃能夠降低散熱速度和促使碳化物析出,從而減少熔覆層內(nèi)殘余應力消除裂紋。熔覆層性能試驗表明,未熱處理熔覆層耐磨性為基體7.3倍,900℃退火處理后熔覆層耐磨性提高3.3倍,說明熱處理在改善熔覆層質(zhì)量時保持良好的耐磨性�；w磨損機制屬于典型的磨粒磨損；未熱處理熔覆層磨損機制為磨粒磨損和粘著磨損相結(jié)合；熔覆層經(jīng)900℃退火處理后磨損機制為粘著磨損。900℃退火處理后熔覆層組織內(nèi)元素擴散均勻,過飽和固溶體析出碳化物相且發(fā)生穩(wěn)定轉(zhuǎn)變,使熔覆層硬度分布均勻,高于基體2.7倍。熔覆層強度與基體相當,高于未熱處理熔覆層70.8%、59.7%。
【關(guān)鍵詞】：高錳鋼 熱處理 等離子熔覆 耐磨性 裂紋
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-26
• 1.1 引言15-16
• 1.2 高錳鋼概述16-17
• 1.2.1 高錳鋼特點16-17
• 1.2.2 高錳鋼零部件的失效17
• 1.3 金屬材料的表面涂層技術(shù)17-19
• 1.3.1 激光表面處理技術(shù)18
• 1.3.2 等離子表面處理技術(shù)18-19
• 1.4 等離子熔覆理論基礎(chǔ)19-21
• 1.4.1 等離子熔覆定義19-20
• 1.4.2 等離子熔覆優(yōu)點20
• 1.4.3 等離子熔覆表面強化機理20-21
• 1.5 等離子熔覆技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-24
• 1.5.1 熔覆層組織與性能研究現(xiàn)狀21-22
• 1.5.2 熔覆過程數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀22-23
• 1.5.3 熔覆后裂紋控制研究現(xiàn)狀23
• 1.5.4 熔覆成形技術(shù)研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5.5 熔覆后熱處理研究現(xiàn)狀24
• 1.6 等離子熔覆技術(shù)現(xiàn)存問題24-25
• 1.7 課題的主要研究內(nèi)容25-26
• 第二章 試驗材料及工藝參數(shù)設(shè)計26-31
• 2.1 試驗材料及預處理26-27
• 2.1.1 基體材料26
• 2.1.2 合金粉末材料26-27
• 2.2 熔覆工藝參數(shù)設(shè)計27-29
• 2.2.1 工藝參數(shù)對熔覆層質(zhì)量影響27-29
• 2.2.2 工藝參數(shù)設(shè)計29
• 2.3 熱處理工藝29
• 2.4 本章小結(jié)29-31
• 第三章 等離子熔覆涂層組織成分分析31-50
• 3.1 單道熔覆層組織成分分析31-39
• 3.1.1 微觀組織分析31-35
• 3.1.2 組織析出相演變35-37
• 3.1.3 殘余應力分析37-39
• 3.2 多道熔覆層組織成分分析39-45
• 3.2.1 顯微組織分析39-43
• 3.2.2 組織析出相演變43-44
• 3.2.3 殘余應力分析44-45
• 3.3 單、多道熔覆層對比分析45-49
• 3.3.1 顯微組織對比分析45-46
• 3.3.2 物相成分對比分析46-48
• 3.3.3 殘余應力對比分析48-49
• 3.4 本章小結(jié)49-50
• 第四章 等離子熔覆層組織缺陷分析50-59
• 4.1 主要缺陷及產(chǎn)生機理分析50-51
• 4.2 熔覆層裂紋試驗分析51-57
• 4.2.1 裂紋種類及擴展方式51-53
• 4.2.2 組織中物相成分對裂紋影響53-55
• 4.2.3 殘余應力對裂紋影響55-57
• 4.3 熔覆層缺陷的預防57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 第五章 等離子熔覆涂層性能分析59-70
• 5.1 熔覆層摩擦磨損性能分析59-62
• 5.2 熔覆層顯微硬度分析62-66
• 5.2.1 單道熔覆層顯微硬度分析62-64
• 5.2.2 多道熔覆層顯微硬度分析64-65
• 5.2.3 單、多道熔覆層顯微硬度對比分析65-66
• 5.3 熔覆層拉伸性能對比分析66-68
• 5.4 本章小結(jié)68-70
• 結(jié)論與展望70-72
• 參考文獻72-78
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文78-80
• 致謝80

【參考文獻】

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本文編號：806292