本文關鍵詞：模具鋼表面納米化處理后的微觀組織與性能研究

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【摘要】：熱作模具鋼因其具有各種優(yōu)異的性能而受到廣泛的關注,比如良好的紅硬性、耐磨性、熱疲勞性、淬透性和韌性和耐熔損性等,廣泛地使用在金屬模鑄、熱擠壓和熱鍛等行業(yè),3Cr2W8V鋼因其良好的強韌性匹配成為國內外應用最廣的一種熱作模具鋼。3Cr2W8V熱作模具鋼主要的化學成分(wt.%)如下：C0.30～0.40, Si≤0.40, Mn≤0.40, Cr2.20～2.70, W7.50～9.00, V0.20～0.50, p≤0.030, S≤0.030,余量為Fe。本文采用旋轉加速噴丸設備(RASP)對3Cr2W8V熱作模具鋼進行表面納米化處理。利用白光共聚焦分析系統(tǒng)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射儀(XRD)等表征手段,對RASP處理后模具鋼的微觀組織結構進行了表征；利用納米壓痕儀測量了模具鋼的顯微硬度隨著距處理表面深度不同的變化情況；并研究了模具鋼表面處理前后摩擦磨損性能的變化情況,結合掃描電鏡(SEM)觀察摩擦磨損后形貌。主要結論如下：(1)旋轉加速噴丸處理45min在樣品表面產生劇烈的塑性變形。在3Cr2W8V熱作模具鋼表面形成了晶粒取向呈隨機分布的等軸狀納米晶組織。最表面平均晶粒尺寸約為30nm。隨著距處理表面深度的增加,應變和應變速率逐漸減小,塑性變形量也逐步降低,樣品表面形成納米梯度結構。TEM微觀組織觀察表明,晶粒細化由位錯行為主導。靠近基體部分以位錯墻和位錯纏結結構為主,隨著應變量的增加形成位錯胞狀結構。位錯胞進一步演化為片層狀亞晶組織。最終在表面形成隨機取向的等軸納米晶粒。(2)與原始試樣的基體顯微硬度(約7.3Gpa)相比,RASP處理的模具鋼表面顯微硬度顯著增大,RASP處理45min的樣品表層硬度最高增加至約9.4Gpa,顯微硬度隨著距處理表面距離的增大呈逐漸降低的趨勢,直至與基體相同。(3)將旋轉加速噴丸處理45min后的模具鋼分別在不同載荷和同一載荷距處理表面不同深度的條件下進行摩擦磨損實驗。研究發(fā)現,在低載荷及中等載荷作用下,RASP處理后的模具鋼的摩擦系數明顯降低,耐磨性強于原始樣品。在干摩擦的條件下,RASP處理后的模具鋼表面的平均摩擦系數由基體的0.888降至近表面(10μm)的0.625,近表面(10μmm)磨損量和磨損率相比基體分別下降了77.6%和53.6%,耐磨性能得到了明顯的提高。(4)研究表明,處理時間對于模具鋼的組織和顯微硬度有很大影響。處理時間增長有助于晶粒細化,但處理時間過長可能使表面溫度升高,內部組織發(fā)生回復再結晶,使得納米晶粒長大。實驗證明旋轉加速噴丸處理45min可以獲得最細小的表面組織,處理效果最佳。
【關鍵詞】：表面納米化 模具鋼 旋轉加速噴丸 微觀組織 力學性能
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG174.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 納米結構材料的簡介10-13
• 1.1.1 納米結構材料的定義10
• 1.1.2 納米結構材料的制備方法10-13
• 1.2 金屬材料表面納米化13-18
• 1.2.1 金屬材料表面納米化的概述13-14
• 1.2.2 金屬材料表面納米化的技術優(yōu)勢及應用14-15
• 1.2.3 塑性變形致金屬材料表面納米化15-16
• 1.2.4 表面納米化的常見方法16-18
• 1.3 表面納米化對材料力學性能的影響18-19
• 1.3.1 表面納米化對金屬材料耐磨性的影響18-19
• 1.3.2 表面納米化對金屬材料硬度、拉伸等性能的影響19
• 1.4 不同典型金屬材料的晶粒細化機制19-21
• 1.5 選題意義和研究內容21-22
• 第二章 樣品制備和實驗方法22-31
• 2.1 樣品制備22-24
• 2.1.1 實驗材料22
• 2.1.2 RASP樣品制備22-24
• 2.2 分析與測試方法24-31
• 2.2.1 光學顯微鏡觀察24-25
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡觀察25
• 2.2.3 X射線衍射分析25-26
• 2.2.4 透射電子顯微鏡觀察26-28
• 2.2.5 顯微硬度測量28
• 2.2.6 表面粗糙度測量28-29
• 2.2.7 摩擦磨損的設備29-31
• 第三章 模具鋼表面納米化后組織與性能研究31-39
• 3.1 前言31
• 3.2 模具鋼表面納米化后的微觀組織結構觀察31-37
• 3.2.1 模具鋼表面納米化后的金相觀察31-32
• 3.2.2 模具鋼表面納米化后微觀組織的變化32-36
• 3.2.3 模具鋼表面納米化后XRD分析36-37
• 3.3 模具鋼表面納米化后顯微硬度的變化37-38
• 3.4 本章小結38-39
• 第四章 表面納米化對模具鋼摩擦磨損性能的影響39-49
• 4.1 引言39
• 4.2 摩擦磨損基本理論39-40
• 4.2.1 摩擦系數39-40
• 4.2.2 磨損量40
• 4.3 磨損基本形式40-41
• 4.4 磨損的衡量方法41
• 4.5 磨損試驗41-43
• 4.5.1 試樣的準備41-42
• 4.5.2 摩擦磨損試驗方案42-43
• 4.6 磨損實驗結果與分析43-48
• 4.6.1 旋轉加速噴丸處理后模具鋼的磨損機制43-44
• 4.6.2 摩擦系數44-47
• 4.6.3 磨損量47-48
• 4.7 本章小結48-49
• 第五章 模具鋼表面納米化不同處理時間后組織及力學性能的研究49-61
• 5.1 前言49
• 5.2 實驗設備的工藝參數49-50
• 5.3 模具鋼表面納米化不同處理時間截面金相組織分析50-51
• 5.4 模具鋼表面納米化不同處理時間微觀結構的變化51-55
• 5.5 模具鋼表面納米化不同處理時間后XRD分析55-56
• 5.6 模具鋼表面納米化后表面性能的研究56-59
• 5.6.1 模具鋼表面納米化不同處理時間后表面粗糙度的變化56-58
• 5.6.2 模具鋼表面納米化不同處理時間后硬度的變化58-59
• 5.7 本章小結59-61
• 第六章 結論61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-68
• 附錄68

【參考文獻】

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1 張俊寶;王愛香;梁永立;;表面機械研磨納米化GCr15鋼摩擦磨損性能研究[J];寶鋼技術;2011年02期

2 劉剛,雍興平,盧柯;金屬材料表面納米化的研究現狀[J];中國表面工程;2001年03期

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本文編號：1004450