喷丸和离子注入对8Cr4Mo4V钢组织结构及性能的影响

发布时间：2020-06-17 14:07

【摘要】：8Cr4Mo4V钢目前广泛应用于航空发动机轴承上,为提高其使用性能,尤其耐磨性及疲劳性能,本文通过喷丸与离子注入技术实现8Cr4Mo4V钢表面强化。本文通过阿尔门试片测得了在不同喷丸风压及喷丸时间下的喷丸强度曲线,研究了不同喷丸强度对8Cr4Mo4V钢组织结构、位错密度、应力梯度、摩擦磨损性能影响,以及喷丸和离子注入复合强化对8Cr4Mo4V钢组织结构、应力梯度、纳米硬度、耐磨性影响。经XRD分析得到,8Cr4Mo4V钢喷丸后相结构没有发生变化,但衍射峰发生了左移、宽化、强度降低,说明了8Cr4Mo4V钢喷丸后导致了三种内应力存在。通过WH方法计算位错密度,8Cr4Mo4V钢喷丸后位错密度随样品深度先增加后减小,与残余应力变化趋势相同。随喷丸强度增加,8Cr4Mo4V钢每点深度下的压应力及压应力总深度增加。由于喷丸导致加工硬化,随喷丸强度增加,显微硬度增加。8Cr4Mo4V钢经不同喷丸强度处理后,耐磨性提高,摩擦系数由原始0.8降低到了0.6。与原始试样相比,磨痕宽度最优降低30.3%。采用喷丸与离子注入对8Cr4Mo4V钢复合强化,随喷丸强度增加,8Cr4Mo4V钢离子注入后氮浓度及注入层深度增加。由GXRD分析得到,8Cr4Mo4V钢复合强化处理后,有碳化物及氮化物析出,氮离子注入到基体后扩散到了碳化物中。8Cr4Mo4V钢复合强化后,纳米硬度最大增加到16.6GPa,与原始试样相比,纳米硬度提高55.1%,与8Cr4Mo4V钢直接离子注入相比,纳米硬度提高18.6%。复合处理后的耐磨性进一步提高,接触应力1.20GPa下,摩擦系数可降低到0.5,与原始试样相比磨痕宽度最优降低62.6%。随接触应力增加,8Cr4Mo4V钢耐磨性降低。离子注入过程,残余应力梯度由氮离子注入晶格畸变引起的压应力增加及高温导致应力释放共同决定。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG142.1
【图文】：

等离子体基离子注入

初出现了两个主要的研究方向，一个是改善金属表面的磨损和腐蚀过氮气 PBII 处理的金属零件表面及其附近形成氮化物相[16,17]。另大面积掺杂半导体晶片和图案化结构[18-20]。在 20 世纪 80 年代和体基离子注入技术呈现指数增长，但自 1998 年以来已明显放缓的迹等离子体基离子注入技术将继续在表面改性领域发挥重要作用。子体基离子注入机制为等离子体基离子注入装置简图[21]，示意性地给出了装置的主要部室、气体供给系统、真空泵系统、等离子体源，电绝缘样品台和高借助于真空泵和气体供给装置，将具有一定气体的真空室，其正空围内。通过热阴极或射频、电子回旋共振等产生等离子体，等离子空室内，工件浸泡在等离子体氛围中。工件加上负高压脉冲，被等工件与等离子体交界处形成鞘层。被注入工件为阴极、真空室壁为下，工件表面的电子在电场作用下远离工件，而周围的正离子在电注入到工件表面，此方法克服了束线限制，能够处理形状复杂的工

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哈尔滨工业大学工学硕士论文图 1-2 显示了高压脉冲期间等离子体鞘层发展的示意图[21]，在脉冲期间产生的电场中，比离子移动得快得多的电子被加速远离处于负偏压的工件，留下了一个只包含离子的等离子体鞘层。离子向样品加速并被注入，等离子体鞘层扩展直到高压关闭或达到稳定状态，这取决于等离子体条件。当高压脉冲关闭时，等离子体再生，再次开始该过程。

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