刀片卷刃和刀片磨損是破殼刀片的兩大失效形式,這將決定著破殼器的使用效率。其中延長破殼刀使用壽命的有效解決方式便是提高材料硬度并保持其韌性。為此,該研究采用滲硼和TD滲釩2種工藝對2Cr13不銹鋼破殼刀進行處理,以提高刀片的耐磨性,并對處理后的組織結(jié)構(gòu)、機械性能以及摩擦性能進行研究。采用掃描電鏡（Scanning Electron Microscope,SEM）和X射線能譜分析（Energy Dispersive Spectrum,EDS）從截面到涂層的厚度、組織和化學(xué)成分進行分析,利用X射線衍射儀（X-ray Diffraction,XRD）從表面對材料的晶體結(jié)構(gòu)進行分析。結(jié)果表明,在2Cr13不銹鋼破殼刀表面成功實現(xiàn)滲B與滲V處理,并有較好的附著性。處理后涂層厚度分別為14.8與5.2μm,滲釩涂層較薄是由于大原子半徑使得擴散遲緩,其中滲B涂層原子百分含量為30%,而滲V涂層含量為12.3%。根據(jù)XRD,滲B涂層主要由Fe B、Fe₂B、Fe₃B組成,而滲V層主要由VCx組成,這些硼化物和碳化物是通過擴散與內(nèi)部原子反應(yīng)生成的。采用0.49 ... 

【文章來源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2020,36(19)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

破殼刀結(jié)構(gòu)以及實物

圖2為處理后基體與涂層顯微形貌。如圖2a、2b所示，在擴散滲處理后，經(jīng)淬火與回火熱處理，2Cr13基體組織由板條狀馬氏體以及鐵素體組成，其中板條狀馬氏體主要來源于淬火處理，而鐵素體組織為未轉(zhuǎn)變所留下原始組織，Isfahany等在不銹鋼熱處理后發(fā)現(xiàn)同樣組織[9,21]。另外，在處理后2Cr13基體中發(fā)現(xiàn)大量均勻分布的顆粒狀相，結(jié)合文獻[22]，可知該顆粒狀物相為M23C6碳化物，其中M主要由Cr構(gòu)成，該碳化物形成主要是因為基體中大量Cr元素為碳化物形成元素，在淬火、回火過程中與C形成結(jié)合。圖2c、2d分別為滲B與滲V層截面結(jié)構(gòu)形貌。涂層與基體具有明顯形貌差異，外層涂層在腐蝕之后依舊致密，其中一些孔洞主要由于打磨時砂粒鑲嵌后脫落引起，同時在砂粒作用下，外層與基體之間形成明顯界面縫隙。對外層涂層進行厚度測量，可知滲B與滲V試樣外層厚度分別為14.8和5.2μm。

為進一步確認滲層組成，對界面縫隙兩側(cè)材料進行成分線掃描分析與兩側(cè)成分點分析。圖3所示為處理后試樣表面與基體界面兩側(cè)元素分布線掃描結(jié)果，其中圖3a為滲硼層，圖3b為滲釩層樣品。圖3a、3b上層所示為掃描選定區(qū)域，分別從圖中黃線所示位置由左向右探測元素含量。如圖3a所示，隨著掃描方向由基體向外層涂層方向，B元素含量在外層和基體結(jié)合處急劇升高，外層結(jié)構(gòu)含B量明顯高于基體側(cè)，這表明圖2所觀察外層為滲B層，同時，C元素的含量在滲硼層和基體的交界處明顯增加，表明擴散滲之后在此處形成了一個富碳區(qū)。而V元素的線分布出現(xiàn)同樣規(guī)律，在界面處發(fā)生改變，外層V含量明顯高于基體側(cè)，而Fe接近基體時含量突增，說明外層為滲V層。值得注意的是，C在靠近基體時含量偏高，這一結(jié)果與Aghaie-Khafri等觀察一致[23-24]。為進一步確定涂層組分，對滲層及其鄰近基體組織進行成分點分析，結(jié)果如表1所示。由表1可知，2Cr13基體主要由Fe、Cr、C、Mn、Si元素組成，其中Cr含量高達11.14%，保證不銹鋼基體的良好抗腐蝕能力。而C的高比例則來源于制樣過程中的污染以及一起測量精度所致。滲層元素分析結(jié)果顯示，滲B與滲V層主要元素為Fe、Cr、B與V。Fe與Cr為原金屬基體元素，表明基體和覆層間存在一定程度的相互擴散,這種狀況有利于強化界面的結(jié)合[16]，涂層與基體形成了冶金結(jié)合。B、V則來源于滲劑加熱過程中向基體內(nèi)部的擴散。滲B層中B元素比例為29.7%，顯著高于滲V層中的12.31%，其原因在于B原子體積遠小于V原子，因而，B原子可以更多地固溶在不銹鋼內(nèi)部晶體中。同時，更小的體積也使得B原子在原金屬中擴散速度更快，很好解釋滲B層厚度遠大于滲V層厚度。當然，滲釩層厚度較小的另一個原因在于C原子與Cr的穩(wěn)定結(jié)合阻礙滲釩層的形成[25]。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]2Cr13不銹鋼的硼碳共滲及其摩擦學(xué)性能[J]. 黃朝軍,梁文萍,繆強,李陽,易錦偉,丁錚.  熱處理. 2019(06)
[2]氮對2Cr13馬氏體不銹鋼耐腐蝕性能的影響[J]. 李堃,楊吉春,何耀宇,張文懷,楊全海.  內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報. 2017(01)
[3]LD鋼TD鹽浴滲釩組織和性能研究[J]. 萬偉,羅軍明,黃俊.  熱加工工藝. 2016(16)
[4]TD處理制備的VC涂層XPS譜與EDS面掃描分析（英文）[J]. 孔德軍,王進春,郭皓元.  稀有金屬材料與工程. 2016(02)
[5]不銹鋼技術(shù)及其發(fā)展[J]. 陳禮斌,高永春.  河北冶金. 2011(03)
[6]經(jīng)過熱處理不銹鋼方絲的摩擦力[J]. 張敏,侯錄,徐實謙.  中國組織工程研究與臨床康復(fù). 2010(12)
[7]2Cr13鋼的調(diào)質(zhì)處理[J]. 曹三書,孫雪輝.  熱處理. 2010(01)
[8]不同基體材料TD法鹽浴滲釩層的組織及硬度[J]. 劉秀娟,王華昌.  材料熱處理學(xué)報. 2010(01)
[9]TD處理中基體成分對覆層影響的熱力學(xué)分析[J]. 劉秀娟,王華昌,李東偉,吳彥西.  材料熱處理學(xué)報. 2006(04)
[10]高壓脈沖電場對全蛋液殺菌的研究[J]. 周媛,陳中,楊嚴俊.  食品與發(fā)酵工業(yè). 2006(05)

碩士論文
[1]驅(qū)動機構(gòu)用高強高韌馬氏體不銹鋼耐磨性能研究[D]. 張志鋒.燕山大學(xué) 2018
[2]鏈式打蛋機反求設(shè)計與樣機試驗[D]. 黃店升.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015
[3]316不銹鋼表面等離子滲B、Mo-B共滲及其摩擦磨損性能的研究[D]. 尹研.太原理工大學(xué) 2015



本文編號：3401894