轴承钢TD渗金属及其最终热处理的工艺优化问题研究

论文摘要

本文研究对象是用GCr15钢制造的冷作模具。冷作模具的失效形式主要是表面磨损。要显著提高模具使用寿命,最适用的方法之一就是用TD法对模具表面进行渗钒处理,同时对模具基体淬火,使其达到较高硬度,以支撑其表面VC覆层。由于TD渗钒处理是一种扩散过程,需要在较高的温度(960℃左右)条件下才能得到经济实用的VC覆层,而GCr15钢的淬火加热温度仅为810℃～850℃。由于TD渗钒温度与淬火加热温度间的较大差别,以及模具表面VC覆层在400℃以上很容易被氧化,导致GCr15钢的表面渗钒处理工艺与基体淬火强化工艺很难协调一致。常用的先TD渗钒处理再加热淬火的方法由于VC覆层在淬火加热和冷却时很快被破坏,所以在缺乏真空淬火炉的条件下很难取得实际效果。本文针对上述问题进行研究。研究目标是,在缺乏真空淬火炉的情况下,优化整合GCr15钢制冷作模具的TD渗钒处理工艺与基体淬火工艺,取得经济实用及显著提高模具使用寿命的效果。本文的研究内容主要有:1) GCr15钢的TD渗钒处理;2) GCr15钢的淬火工艺;3) GCr15钢TD渗钒处理工艺与淬火工艺的优化整合;4) GCr15钢的TD渗铬工艺。本文研究结论为:1) 960℃TD渗钒后油淬虽然可以满足扩口模和滚圆模的使用要求,但是得到的基体晶粒较大,脆性大;2) 960℃TD渗钒后随炉冷却至830℃,然后在100℃沸水中淬硬,及时回火,能够得到比较厚的覆层,基体硬度达HRC57以上,晶粒也得到细化,具备较高的工业应用价值;3)使用TD渗铬工艺也可以使模具表面硬度、耐磨性大大提高,也可以应用于GCr15钢制冷作模具的表面强化。本文研究成果已得到工业应用,对淬火加热温度在800℃～850℃的冷作模具钢的表面渗钒及基体淬硬工艺具有普遍意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 TD盐浴渗金属的发展概况
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 TD渗金属的发展概况
• 1.1.3 TD盐浴渗金属工艺在模具中的应用
• 1.2 TD处理的理论研究
• 1.2.1 渗钒层的形成机理
• 1.2.2 影响渗钒层厚度的因素
• 1.2.2.1 盐浴温度对渗钒厚度的影响
• 1.2.2.2 处理时间对渗钒层厚度的影响
• 1.2.2.3 钢的成分对渗钒层厚度的影响
• 1.2.3 稀上元素在盐浴渗钒中的作用
• 1.3 轴承钢的研究概况
• 1.3.1 Gcr15钢介绍
• 1.3.2 GCr15钢热处理研究的发展概况
• 1.3.2.1. GCr15钢的常规热处理工艺
• 1.3.2.2 提高轴承性能的热处理新工艺
• 1.3.3 国内轴承钢的发展状况
• 1.4 本文的主要研究内容及意义
• 1.5 本章小结
• 2 GCr15钢的TD渗钒处理
• 2.1 实验材料准备
• 2.1.1 实验设备
• 2.1.2 其他所需设备
• 2.2 TD处理的基材选择
• 2.2.1 TD处理基体选择原则
• 2.2.1.1 含碳量要求
• 2.2.1.2 奥氏体化温度要求
• 2.2.1.3 表面质量要求
• 2.2.1.4 基体淬透性的要求
• 2.2.2 本文TD处理所选基材
• 2.3 TD法盐浴配方的选择
• 2.4 实验方案
• 2.4.1 TD处理工艺流程图
• 2.4.2 实验过程
• 2.5 本章小结
• 3 GCr15钢的淬火工艺
• 3.1 钢的淬火
• 3.2 GCr15钢的淬火工艺
• 3.2.1 淬火加热温度及加热时间
• 3.2.2 淬火冷却介质
• 3.2.3 淬火方法
• 3.3 本章小结
• 4 GCr15钢TD渗钒处理工艺与淬火工艺的优化整合
• 4.1 引言
• 4.2 TD渗钒处理后直接油淬
• 4.3 TD渗钒处理后硝盐等温淬火
• 4.4 TD渗钒处理后直接空冷
• 4.5 TD渗钒处理后的热处理工艺改进
• 4.5.1 淬火工艺改进
• 4.5.2 采用双细化工艺
• 4.6 本章小结
• 5 GCr15钢的TD渗铬工艺
• 5.1 渗铬层性能
• 5.2 影响渗铬工艺的因素
• 5.3 渗铬层的组织和结构
• 5.4 渗铬层和渗钒层的性能比较
• 5.5 TD渗铬实验
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢