中碳钢铸渗合金化层组织和性能的研究

论文摘要

本文采用涂料法在铸件表面渗硼、铬和碳等形成硬度和耐磨性较高的表面合金化层,考察不同工艺和涂料配比对铸件表面质量和表面合金化层组织的影响,试验结果表明合金涂层的最优方案是:B为10%,Cr为80%,C为10%;选用水玻璃做粘结剂其含量为5%左右;合金粉粒度为120160目;最佳浇注温度1800℃左右。由此方案所得到的表面合金化层表面平整,结合良好,厚度能达到10mm左右,硬度也由基体的200HV左右提升到800HV左右;以45钢作为对比试样其相对耐磨性最高达到了2.875。利用D/Max-2500PC型X射线衍射仪、EPMA-1610型电子探针微分析仪、日本津岛SSX-550型扫描电镜（SEM ）、卡尔蔡司Axioert200MAT金相显微镜等现代材料分析手段对制备出的表面合金化层的物相结构、组织等进行了分析。结果表明表面合金化层内的组织主要由是马氏体、Cr23C6、Fe-Cr、Fe23（C,B）6以及Fe3C组成。并且表面合金化层合金元素整体分布比较均匀。对制备出的铸渗复合材料进行了热处理试验,结果表明表面合金化层在860℃+水淬的情况下其组织和硬度并没有明显变化,但是分别在200℃、400℃、600℃回火的情况下硬度逐渐降低。对表面合金化层的形成过程进行了数值模拟试验,结果表明提高浇注温度和延长凝固时间有利于得到较厚的表面合金化层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的目的和意义
• 1.2 铸渗技术研究现状和发展概况
• 1.3 铸渗法制备金属基复合材料概述
• 1.3.1 基本原理及特点
• 1.3.2 钢基铸渗常用方法
• 1.3.3 铸渗常见的几种渗剂
• 1.3.4 铸渗影响因素
• 1.4 铸渗法今后的研究方向
• 1.5 本课题研究的内容
• 2 试样制备和实验方法
• 2.1 铸渗用合金粉末及基体材料
• 2.2 粘结剂和熔剂的选择
• 2.3 铸渗工艺方法
• 2.3.1 铸渗工艺流程
• 2.3.2 涂料的制备及方法
• 2.3.3 涂层制备过程
• 2.3.4 试样和浇注系统的设计
• 2.3.5 砂型的预热
• 2.4 工艺因素对铸渗层质量的影响
• 2.4.1 铸渗工艺的优选
• 2.4.2 铸渗层缺陷及影响因素
• 2.5 热处理工艺的选择
• 2.6 分析检测方法
• 3 试验结果及分析讨论
• 3.1 正交试验结果分析
• 3.2 铸渗表面合金化层成分分析
• 3.3 铸渗表面合金化层形貌分析
• 3.3.1 铸渗表面合金化层的宏观形貌及厚度
• 3.3.2 表面合金化层微观形貌分析
• 3.3.3 亚共晶层组织形貌分析
• 3.3.4 铸渗过渡层组织形貌分析
• 3.4 铸渗表面合金化层的硬度分析
• 3.5 铸渗表面合金化层耐磨性研究
• 3.5.1 表面合金化层的相对耐磨性
• 3.5.2 滑动距离与磨损量的关系
• 3.5.3 表面合金化层磨粒磨损机理
• 3.6 热处理工艺对铸渗表面合金化层组织和性能的影响
• 3.6.1 热处理对表面合金化层组织的影响
• 3.6.2 热处理对表面合金化层硬度的影响
• 3.6.3 热处理对表面合金化层物相的影响
• 4 表面合金化层溶质原子扩散的数值模拟
• 4.1 铸渗件的凝固时间
• 4.2 铸渗件表面合金化层溶质原子扩散过程的数值模拟
• 4.2.1 数学模型建立
• 4.2.2 图像的采集及其分析
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文情况