碳素工具钢TD盐浴铬钒共渗试验研究

碳素工具钢TD盐浴铬钒共渗试验研究

论文摘要

目前,国内外都在进行TD盐浴渗钒和渗铬技术的开发研究,并在模具表面改性方面得到了不同程度的应用。渗钒能使模具表面获得硬度极高、致密性好、脆性较小的碳化钒覆层,且耐磨性优异。但渗钒温度高、时间长、渗层薄;渗铬可得到较厚的渗层,其抗氧化性好,但渗铬层耐磨性稍差,使其一系列优点得不到充分发挥。在多元共渗中渗剂的相互作用能加快渗速,可获得多种碳化物相组成的覆层,以弥补单一渗层某些性能方面的不足及改善渗层的物理和机械性能。为弥补渗铬层耐磨性稍差和渗钒层较薄的问题,对TD铬钒共渗进行研究具有很重要的实际意义。本文对碳素工具钢材料TD铬钒共渗进行了初步探讨和研究。首先在900℃×4h条件下,通过六种Cr-V共渗配方进行工艺试验,从硬度和渗层厚度等方面进行对比研究,得出较佳的盐浴铬钒共渗配方;然后用单一渗铬和单一渗钒两种配方与较佳的盐浴铬钒共渗配方对比研究,从渗层硬度和厚度等方面来考察工艺参数的影响,并运用X射线衍射分析技术(XRD)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)等现代分析手段,系统分析研究了铬钒共渗层的组织特征、物相结构;并对单一渗铬层、铬钒共渗层和单一渗钒层从耐蚀性、抗氧化性和耐磨性等方面进行了较为系统的测试对比。经过试验研究和系统分析,得到以下重要结论:1.通过铬钒共渗配方工艺研究,在分析比较共渗层厚度、硬度、工件相对粘盐量和盐浴流动性等因素的基础上,获得优化的盐浴铬钒共渗配方(80.1%Na2B7O4+8%Cr2O3+5%V2O5+4.5%NaF+2.4%B4C)。2.T10钢分别经850℃、900℃和950℃铬钒共渗4h后,其覆层硬度在共渗温度为900℃时达到了最大值2375HV0.05,覆层硬度、厚度与时间的关系以及覆层厚度与温度的关系都与单一渗铬和单一渗钒相似。3.铬钒共渗层主要由Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、VC、Cr3C2相和少量的V4C3相组成,渗层厚度均匀,致密性和连续性良好,与基体呈良好的结合状态。4.显微硬度测试表明,铬钒共渗试样的覆层与基体之间交界处的硬度呈平缓过渡。5.铬钒共渗覆层弥补了渗钒层在抗高温氧化性能方面的不足和渗铬覆层在耐磨性方面的不足,同时具有优异的耐蚀性能及良好的抗剥落性能。上述研究结果对碳素工具钢TD盐浴铬钒共渗后部分取代低合金钢以降低工模具钢的制造成本和提高性价比具有重要的技术意义。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 TD处理概述
  • 1.2.1 TD处理的概念和分类
  • 1.2.2 渗入元素在TD处理中的的作用
  • 1.2.3 TD法表面强化处理的优势
  • 1.3 TD处理技术研究概况
  • 1.3.1 TD处理单渗钒和渗铬的研究概况
  • 1.3.2 TD处理铬钒共渗的研究状况
  • 1.4 TD处理技术的应用
  • 1.5 本文的研究内容及意义
  • 1.6 本章小节
  • 第2章 试验材料、主要试验设备与方法
  • 2.1 共渗用渗剂成分及其基体材料
  • 2.1.1 渗剂的主要成分
  • 2.1.2 选用的基体材料
  • 2.2 试验工艺路线及步骤
  • 2.2.1 TD处理的工艺流程
  • 2.2.2 TD处理试验步骤
  • 2.3 主要试验设备与方法
  • 2.3.1 TD盐浴设备
  • 2.3.2 覆层形貌观测和物相分析设备
  • 2.3.3 硬度、厚度测试设备
  • 2.3.4 耐磨性实验设备及方法
  • 2.3.5 耐蚀性实验设备及方法
  • 2.3.6 抗氧化性试验设备及方法
  • 2.4 本章小结
  • 第3章 实验方案与工艺的初步研究
  • 3.1 盐浴铬钒共渗配方
  • 3.1.1 配方设计的依据
  • 3.1.2 不同配方TD盐浴处理结果比较分析
  • 3.2 TD处理工艺的研究
  • 3.2.1 基体成分对TD铬钒共渗的影响
  • 3.2.2 处理温度对渗层的影响
  • 3.2.3 处理时间对渗层的影响
  • 3.3 本章小结
  • 第4章 TD铬钒共渗层的测试与分析
  • 4.1 TD处理碳化物覆层的物相分析
  • 4.1.1 覆层的形貌
  • 4.1.2 X射线衍射分析
  • 4.2 覆层性能测试及分析
  • 4.2.1 硬度
  • 4.2.2 耐磨实验
  • 4.2.3 耐蚀性实验
  • 4.2.4 抗高温氧化性
  • 4.3 本章小节
  • 第5章 结论与展望
  • 5.1 结论
  • 5.2 展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表的论文
  • 致谢
  • 相关论文文献

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