高合金化奧氏體不銹鋼因含有較高鉻、鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù),具有良好的抗氧化性、抗腐蝕性和耐高溫性,已經(jīng)廣泛應(yīng)用在航空航天、能源動力、交通運輸和沿海作業(yè)等領(lǐng)域。但在泥沙泵和泥漿泵使用過程中奧氏體不銹鋼表面易被磨損,同時受到侵蝕,影響它的應(yīng)用范圍。鹽浴滲鉻是種經(jīng)濟(jì)性好、操作簡便的表面技術(shù)之一,能在材料表面獲得硬度高、耐磨性好滲鉻層;其中以B_2O_3為基鹽的滲鉻劑能獲得硬度高、耐磨性好的滲層。因此,通過鹽浴滲鉻提升奧氏體不銹鋼表面硬度和耐磨性具有重要意義。本文以B_2O_3為基鹽,以310S奧氏體不銹鋼為研究對象進(jìn)行鹽浴滲鉻實驗研究,所開展的工作和獲得的重要成果如下:研究了三種還原劑(SiC型、B_4C型和Al型)對于310S不銹鋼鹽浴滲鉻的效果影響。研究發(fā)現(xiàn),SiC型試樣表面未形成滲層,且試樣表面被嚴(yán)重腐蝕,因為SiC并未參與還原反應(yīng),鹽浴在高溫環(huán)境下腐蝕了試樣表面,同時通過計算得出了吉布斯自由能△G=170 KJ/mol;在B_4C型和Al型試樣表面形成了滲鉻層,主要由Cr_7C_3、Cr_3C_2、CrC和Fe(Cr,Ni)固溶相組成,經(jīng)過測試滲層厚度分別為18.46μm和14.23μm,經(jīng)計算吉布斯自由能分別為△G=-314.5 KJ/mol、△G=-480.99 KJ/mol,正向反應(yīng)趨勢強(qiáng),經(jīng)比較以B_4C作為還原劑滲鉻效果最佳。研究了滲鉻劑的配比對310S不銹鋼滲鉻的影響,著重研究了NaF/B_4C的比值對滲鉻效果的影響。研究表明,6組試樣表面都形成了滲層,主要由Cr_xC_y相構(gòu)成,當(dāng)NaF/B_4C的質(zhì)量比小于2.2時,獲得的滲鉻效果良好,1-4號滲層厚度在30μm左右,5號與6號的滲層厚度分別為17.28μm和16.6μm,經(jīng)過硬度測試顯示,1-4號表面硬度均在2000HV以上,5號與6號的表面硬度分別是1782HV和1522HV,滲鉻提高了310S不銹鋼表面硬度7-11倍,經(jīng)測試滲層與基體的結(jié)合力達(dá)61N;與基體相比,摩擦系數(shù)降低了38%,對比分析得出2號的滲鉻效果最好;過高的NaF/B_4C的比值會影響滲鉻效果,通過實驗確定了NaF/B_4C為1.8是滲鉻的最佳比值。研究了鹽浴滲鉻溫度和時間對滲層的影響。研究結(jié)果表明,在不同鹽浴處理溫度和時間下,試樣表面均形成了滲鉻層;在相同的滲鉻溫度下,滲層厚度和試樣表面硬度均隨滲鉻時間的增加而增加,在相同的滲鉻時間時,滲層厚度和試樣表面硬度均隨溫度的增加而增加,經(jīng)滲鉻處理后,試樣表面硬度提高了7-11倍,經(jīng)過計算得出鉻原子的擴(kuò)散激活能Q為223.9KJ/mol。研究了添加La_2O_3對于滲鉻的影響,根據(jù)不同的La_2O_3添加量設(shè)計了4組實驗。結(jié)果表明,添加La_2O_3進(jìn)行鹽浴滲鉻后,試樣表面硬度都很高,在2200HV以上,與未添加La_2O_3的實驗組對比,滲層與基體的結(jié)合力提高了14%,達(dá)71N;試樣表面組織更加細(xì)小,主要由不規(guī)則圓形顆粒組成,組織分布更加均勻致密,但過量的La_2O_3會阻礙滲層的生長,氧化腐蝕試樣表面;分析鑭元素參與滲鉻的整個過程表明:鑭元素參與了滲鉻的整個過程。包括滲鉻劑的分解、鉻原子的擴(kuò)散與吸附、鉻原子的滲入;在滲鉻過程中加速了滲鉻劑的分解,充當(dāng)了鉻原子的“收集器”,加速鉻原子的滲入,鑭元素滲入基體表面會引起基體表面畸變,增加擴(kuò)散通道,提升了滲鉻的速度,并能夠增加形核率、細(xì)化表面組織。但需要注意鑭元素的添加量,否則會起到阻滲的作用。綜合以上,本文研制出新型鹽浴滲鉻劑,并在奧氏體不銹鋼上獲得了高硬度、高界面結(jié)合力、高耐磨的滲鉻層,為奧氏體不銹鋼在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)與基礎(chǔ)技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG174.445
【部分圖文】：

[12]。圖1.1 不銹鋼在2000-2013 年的消費量Fig.1.1 The consumption of stainless steel on 2000 to 2013

江 蘇 大 學(xué) 專 業(yè) 碩 士 學(xué) 位 論 文航空的應(yīng)用域的不銹鋼需求量巨大，主要應(yīng)用的是精密不銹鋼航天航空領(lǐng)域的不斷投入和研發(fā)，中國制造高性能飛這將會大幅增加對不銹鋼的需求，不銹鋼也會得到進(jìn)一用來制造發(fā)動機(jī)的零部件，發(fā)動機(jī)排氣管和火箭燃料銹鋼做成的。同時航空飛行器的操作系統(tǒng)中也很常見簧、齒輪等零件常用不銹鋼制成。如宇宙飛船應(yīng)用了，不銹鋼管應(yīng)用于中國長征運載火箭（圖 1.2）。

圖 1.3 不銹鋼在汽車上的運用圖Fig.1.3 Application of stainless steel in automobile電力行業(yè)的應(yīng)用的鈍化膜阻止了化學(xué)介質(zhì)與基體接觸，增加了不銹鋼的耐高溫的耐高溫腐蝕性能滿足在電力行業(yè)特殊環(huán)境下的應(yīng)用。核電工的發(fā)展方向，這一新領(lǐng)域需要大量的無縫不銹鋼管，如鍋爐管管對無縫不銹鋼管需求量大，例如一臺功率 60 萬千瓦時的鍋管，一座 60 萬千瓦時的核電站要用 100t 的 U 形不銹鋼管，未及，不銹鋼會朝這一領(lǐng)域快速發(fā)展。水工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用管的自鈍化性增加了它的耐腐蝕性能。不銹鋼能與氧氣發(fā)生化膜并阻止了基體被氧化，這就是不銹鋼鈍化現(xiàn)象。圖 1.4 是接頭。不銹鋼是種健康、環(huán)保的材料，用不銹鋼管輸水既不會

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本文編號：2834855