本文關鍵詞：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)療器械及測量用具等。然而,對于那些長時間遭受機械作用或化學反應的工程構件,常規(guī)熱處理后的馬氏體不銹鋼,其表面強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,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間對滲鋯合金層組織、成分及結構的影響,并對合金層形成機制進行了討論;研究了滲鋯合金層的硬度、納米力學性能和摩擦磨損性能,分析了不同合金化時間得到的滲鋯合金層的磨損機理。研究結果表明:(1)利用雙輝等離子鋯合金化技術在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擴散層組成,合金層與不銹鋼基體形成良好的擴散結合。(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間的延長而增加。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,原子的擴散系數(shù)增大,導致滲層厚度增加。當滲鋯保溫時間由0.5h延長至4h時,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間的增加近似直線上升,而富ZrC層厚度隨保溫時間呈拋物線上升。(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層的硬度值分別達到618HV0.025和863HV0.025。滲鋯表面硬化機制歸因于鋯滲入產(chǎn)生的固溶強化和ZrC、ZrFe2的彌散強化(4)納米壓入測試結果表明,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,力學性能得到了提高。當最大載荷為5mN時,在4Cr13和8Cr17不銹鋼表面滲Zr合金層的測試點中,均是對應富ZrC層處測試點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)調性好,性能過渡平緩,界面結合強度高。(5)4Cr13和8Cr17不銹鋼經(jīng)950?C不同時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,滲鋯合金層中硬質相ZrC的形成以及鋯的固溶強化作用是耐磨性顯著提高的主要原因。
【關鍵詞】：等離子滲鋯 馬氏體不銹鋼 碳化鋯 硬度 納米壓入 摩擦磨損
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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15-17
• 1.4.1 雙輝等離子滲金屬技術原理15-16
• 1.4.2 雙輝等離子滲金屬的特點16
• 1.4.3 雙輝等離子滲金屬在不銹鋼的應用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 課題主要研究內(nèi)容19-21
• 第二章 實驗設備及方法21-29
• 2.1 滲鋯合金層制備21-23
• 2.1.1 實驗材料21
• 2.1.2 實驗設備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 保溫時間24
• 2.2.5 源極-陰極電壓差24-25
• 2.3 納米壓入實驗25-26
• 2.3.1 納米壓入實驗設備25
• 2.3.2 納米壓入測試原理25-26
• 2.4 摩擦磨損實驗26-27
• 2.4.1 摩擦磨損行為26
• 2.4.2 摩擦磨損性能評價26-27
• 2.4.3 摩擦磨損實驗方法27
• 2.5 檢測儀器27-29
• 第三章 溫度和時間對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制33-34
• 3.2 滲鋯溫度對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 滲鋯時間對表面滲鋯合金層組織的影響37-41
• 3.3.1 4Cr13不銹鋼不同時間滲鋯合金層組織37-39
• 3.3.2 8Cr17不銹鋼不同時間滲鋯合金層組織39-41
• 3.4 表面滲鋯合金層結合強度41-43
• 3.5 小結43-45
• 第四章 滲鋯合金層硬度及納米壓入測試分析45-55
• 4.1 表面滲鋯合金層顯微硬度45-46
• 4.2 納米壓入測試結果及分析46-53
• 4.2.1 4Cr13不銹鋼滲鋯合金層截面納米壓入測試結果及分析47-50
• 4.2.2 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層截面納米壓入測試結果及分析50-53
• 4.3 小結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 摩擦磨損機理分析68-69
• 5.3.1 4Cr13和 8Cr17不銹鋼基材摩擦磨損機理68
• 5.3.2 4Cr13和 8Cr17不銹鋼滲鋯合金層摩擦磨損機理68-69
• 5.4 小結69-71
• 第六章 結論71-73
• 參考文獻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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