强流脉冲电子束处理模具钢SKD11的形貌和性能研究

论文摘要

本文利用“Nadezhda-2”型强流脉冲电子束装置处理模具钢SKD11,分析强流脉冲电子束处理产生的表面形貌和微观组织变化及其对材料表面性能的影响,以提高其使用寿命。研究表明,模具钢SKD11富集（Cr,Fe）7C3型碳化物,它与材料基体的热物理性能存在显著差异,强流脉冲电子束处理会引发碳化物的熔体喷发,这是处理该材料时形成表面熔坑的主要原因。经强流脉冲电子束不同工艺参数处理,样品表面的熔坑分布呈现以下规律:在相同加速电压下,熔坑面密度随脉冲处理次数的增加而减少,而熔坑平均尺寸呈现先随脉冲次数增加到最大值而后减小的趋势;对于相同处理次数时,使用高加速电压的样品表面形成的熔坑面密度较低,而且要比低电压更快的进入到平稳阶段。表面粗糙度呈现随脉冲次数增加而降低的现象。在强流脉冲电子束处理时,SKD11样品表层碳化物经过熔坑喷发和液相溶解扩散等过程,原始形态各异、颗粒粗大、分布不均匀的碳化物会变得圆润、细小、分布均匀;表面的Cr、C元素成分均匀化。此外,基体铁素体组织被瞬时加热到奥氏体温度以上,在极快速冷却时,高温态的奥氏体组织会保留到常温状态,并且冷却时碳化物固溶于奥氏体中,形成高奥氏体含量的重熔组织;随着脉冲次数的增加,铁素体和碳化物含量不断降低,而奥氏体的含量逐步增加;经15次脉冲轰击后,奥氏体的含量达到最大,铁素体完全转化成奥氏体;使用更多脉冲次数处理时,由于多脉冲的热量累积导致热影响区的温度与表层相差不大,使表层冷却速度减慢,铁素体得以再次析出,而奥氏体含量也会相应地降低。表面形貌和微观组织变化使得材料表面性能呈现以下变化:处理样品表面硬度较原始样品有所降低,且随着脉冲次数的增加先降低再回升;而耐磨性和耐腐蚀性能将随着脉冲次数的增加先增加后降低;性能变化趋势的极值均对应于强流脉冲电子束轰击15次的样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电子束表面改性技术及其研究发展概况
• 1.2 电子束表面改性处理的特点
• 1.3 电子束表面改性技术的分类
• 1.3.1 按电子束能量注入形式
• 1.3.2 按表面改性效果
• 1.4 电子束表面改性技术的研究现状
• 1.5 本文研究的内容和目的
• 2 强流脉冲电子束设备
• 2.1 装置组成
• 2.2 工作原理
• 2.2.1 强流脉冲电子束的运行机制
• 2.2.2 基于真空火花等离子体的电子枪
• 2.2.3 强流脉冲电子束装置的工作过程
• 2.3 工艺参数
• 3 强流脉冲电子束处理模具钢SKD11表面微观形貌和组织研究
• 3.1 强流脉冲电子束表面改性过程的物理基础
• 3.2 强流脉冲电子束处理参数
• 3.3 HCPEB处理实验结果及分析讨论
• 3.3.1 HCPEB处理模具钢SKD11表面微观形貌
• 3.3.2 HCPEB处理模具钢SKD11的表面粗糙度
• 3.3.3 HCPEB处理模具钢SKD11的截面组织和形貌
• 3.3.4 HCPEB处理模具钢SKD11的表层组织分析
• 3.4 本章小结
• 4 模具钢SKD11强流脉冲电子束处理性能研究
• 4.1 处理样品表面和截面显微硬度
• 4.2 处理样品摩擦磨损性能
• 4.2.1 摩擦磨损基本原理
• 4.2.2 摩擦磨损试验过程
• 4.2.3 摩擦磨损试验结果及讨论
• 4.3 处理样品耐腐蚀性能
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢