本文關(guān)鍵詞：4Cr13、8Cr17不銹鋼表面等離子滲鋯層組織及性能研究

  更多相關(guān)文章： 等離子滲鋯 馬氏體不銹鋼 碳化鋯 硬度 納米壓入 摩擦磨損

【摘要】：馬氏體不銹鋼因其較高的硬度、較好的耐磨和耐蝕性,主要用于制造蒸汽渦輪的葉片、醫(yī)療器械及測(cè)量用具等。然而,對(duì)于那些長(zhǎng)時(shí)間遭受機(jī)械作用或化學(xué)反應(yīng)的工程構(gòu)件,常規(guī)熱處理后的馬氏體不銹鋼,其表面強(qiáng)度和耐磨性能并不能滿足這些“惡劣”工作環(huán)境下的要求。本課題采用等離子表面合金化技術(shù),在4Cr13和8Cr17馬氏體不銹鋼表面制備出性能良好的滲鋯合金層,分析了合金化溫度和時(shí)間對(duì)滲鋯合金層組織、成分及結(jié)構(gòu)的影響,并對(duì)合金層形成機(jī)制進(jìn)行了討論;研究了滲鋯合金層的硬度、納米力學(xué)性能和摩擦磨損性能,分析了不同合金化時(shí)間得到的滲鋯合金層的磨損機(jī)理。研究結(jié)果表明:(1)利用雙輝等離子鋯合金化技術(shù)在4Cr13和8Cr17不銹鋼表面均制備出致密的滲鋯合金層。該合金層主要由外層的富鋯層、富ZrC中間層和Zr-C-Cr-Fe擴(kuò)散層組成,合金層與不銹鋼基體形成良好的擴(kuò)散結(jié)合。(2)4Cr13和8Cr17不銹鋼表面形成的滲鋯合金層厚度隨滲鋯溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。在900?C~1000?C范圍內(nèi),4Cr13鋼表面合金層厚度由16μm逐漸增加至23μm;8Cr17表面合金層厚度由17μm增至24μm。溫度的升高,原子的擴(kuò)散系數(shù)增大,導(dǎo)致滲層厚度增加。當(dāng)滲鋯保溫時(shí)間由0.5h延長(zhǎng)至4h時(shí),4Cr13和8Cr17鋼表面滲鋯合金層厚度分別從3μm增加至24μm和3μm增至27μm,兩種不銹鋼表面滲鋯合金層整體厚度隨保溫時(shí)間的增加近似直線上升,而富ZrC層厚度隨保溫時(shí)間呈拋物線上升。(3)4Cr13和8Cr17鋼等離子滲鋯后顯微硬度均明顯提高。其中,4Cr13鋼富鋯層和富ZrC層的硬度值分別為608HV0.025和844HV0.025;8Cr17滲鋯處理后富鋯層和富ZrC層的硬度值分別達(dá)到618HV0.025和863HV0.025。滲鋯表面硬化機(jī)制歸因于鋯滲入產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化和ZrC、ZrFe2的彌散強(qiáng)化(4)納米壓入測(cè)試結(jié)果表明,4Cr13和8Cr17不銹鋼表面滲Zr合金層均具有較高的硬度和彈性模量,力學(xué)性能得到了提高。當(dāng)最大載荷為5mN時(shí),在4Cr13和8Cr17不銹鋼表面滲Zr合金層的測(cè)試點(diǎn)中,均是對(duì)應(yīng)富ZrC層處測(cè)試點(diǎn)的最大壓入深度最淺,硬度和彈性模量值最大,承載能力得到了明顯提高。較接近的彈性模量分布使合金層不同組織之間的形變協(xié)調(diào)性好,性能過渡平緩,界面結(jié)合強(qiáng)度高。(5)4Cr13和8Cr17不銹鋼經(jīng)950?C不同時(shí)間滲鋯后的摩擦系數(shù)均低于未處理的不銹鋼基材,比磨損率相比基材也均有不同程度的下降,尤其是950?C/0.5h滲鋯后的4Cr13和8Cr17鋼的摩擦系數(shù)僅為0.3,比磨損率分別是未處理基材的1/6和1/4,表現(xiàn)出良好的減摩和耐磨性能,滲鋯合金層中硬質(zhì)相ZrC的形成以及鋯的固溶強(qiáng)化作用是耐磨性顯著提高的主要原因。
【關(guān)鍵詞】：等離子滲鋯 馬氏體不銹鋼 碳化鋯 硬度 納米壓入 摩擦磨損
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 研究背景11
• 1.2 馬氏體不銹鋼11-13
• 1.3 馬氏體不銹鋼表面處理13-15
• 1.4 雙輝等離子滲金屬技術(shù)15-17
• 1.4.1 雙輝等離子滲金屬技術(shù)原理15-16
• 1.4.2 雙輝等離子滲金屬的特點(diǎn)16
• 1.4.3 雙輝等離子滲金屬在不銹鋼的應(yīng)用16-17
• 1.5 鋯元素及碳化鋯17-18
• 1.5.1 鋯元素17
• 1.5.2 碳化鋯17-18
• 1.6 課題的提出18-21
• 1.6.1 課題可行性分析18-19
• 1.6.2 課題主要研究?jī)?nèi)容19-21
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法21-29
• 2.1 滲鋯合金層制備21-23
• 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料21
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備21-22
• 2.1.3 操作步驟22-23
• 2.2 工藝參數(shù)的選擇23-25
• 2.2.1 工作氣壓23
• 2.2.2 源極-陰極極間距23
• 2.2.3 滲金屬溫度23-24
• 2.2.4 保溫時(shí)間24
• 2.2.5 源極-陰極電壓差24-25
• 2.3 納米壓入實(shí)驗(yàn)25-26
• 2.3.1 納米壓入實(shí)驗(yàn)設(shè)備25
• 2.3.2 納米壓入測(cè)試原理25-26
• 2.4 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)26-27
• 2.4.1 摩擦磨損行為26
• 2.4.2 摩擦磨損性能評(píng)價(jià)26-27
• 2.4.3 摩擦磨損實(shí)驗(yàn)方法27
• 2.5 檢測(cè)儀器27-29
• 第三章 溫度和時(shí)間對(duì)等離子滲鋯合金層的影響29-45
• 3.1 表面滲鋯工藝研究29-34
• 3.1.1 4Cr13不銹鋼表面滲鋯合金層組織29-31
• 3.1.2 8Cr17不銹鋼表面滲鋯合金層組織31-33
• 3.1.3 表面滲鋯合金層形成機(jī)制33-34
• 3.2 滲鋯溫度對(duì)表面合金層組織的影響34-37
• 3.2.1 4Cr13不銹鋼不同溫度滲鋯合金層組織34-35
• 3.2.2 8Cr17不銹鋼不同溫度滲鋯合金層組織35-37
• 3.3 滲鋯時(shí)間對(duì)表面滲鋯合金層組織的影響37-41
• 3.3.1 4Cr13不銹鋼不同時(shí)間滲鋯合金層組織37-39
• 3.3.2 8Cr17不銹鋼不同時(shí)間滲鋯合金層組織39-41
• 3.4 表面滲鋯合金層結(jié)合強(qiáng)度41-43
• 3.5 小結(jié)43-45
• 第四章 滲鋯合金層硬度及納米壓入測(cè)試分析45-55
• 4.1 表面滲鋯合金層顯微硬度45-46
• 4.2 納米壓入測(cè)試結(jié)果及分析46-53
• 4.2.1 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層截面納米壓入測(cè)試結(jié)果及分析47-50
• 4.2.2 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層截面納米壓入測(cè)試結(jié)果及分析50-53
• 4.3 小結(jié)53-55
• 第五章 滲鋯合金層的摩擦磨損性能55-71
• 5.1 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層的摩擦學(xué)性能55-61
• 5.1.1 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層的摩擦系數(shù)55-57
• 5.1.2 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層的磨痕形貌57-59
• 5.1.3 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層的比磨損率59-61
• 5.2 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層的摩擦學(xué)性能61-68
• 5.2.1 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層的摩擦系數(shù)61-63
• 5.2.2 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層的磨痕形貌63-66
• 5.2.3 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層的比磨損率66-68
• 5.3 摩擦磨損機(jī)理分析68-69
• 5.3.1 4Cr13和 8Cr17不銹鋼基材摩擦磨損機(jī)理68
• 5.3.2 4Cr13和 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層摩擦磨損機(jī)理68-69
• 5.4 小結(jié)69-71
• 第六章 結(jié)論71-73
• 參考文獻(xiàn)73-79
• 致謝79-81
• 攻讀碩士期間發(fā)表的碩士論文81

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