强流脉冲电子束处理模具钢SKD11的形貌和性能研究

发布时间：2020-06-24 21:57

【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)_7C_3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。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG142.15
【图文】：

功率密度分布,电子束,连续型,表面改性

在连续型电子束处理方式下，电子枪发射的电子束是连续固定的，材料表面所获得的能量主要由与材料的作用时间及对入射电子束的控制来确定。下面以日本岩田笃等人所采用的电子束表面处理装置为例进行说明[S1〕，如图1.1所示。从图中可以看出，电子束在工件表面的作用时间主要由工件相对于电子束的运动速度、偏转线圈的工作情况决定。其中偏转线圈在入射能量的控制上往往具有较大的作用。一方面，电子束横截面上的功率密度分布通常是高斯型的，电子束中心部分和边缘部分的加热强度有差别，因此会造成表面改性的不均匀性。利用偏转线圈使电子束振动，可以形成截面功率密度分布更为均匀的入射电子束;另一方面，由于电子束可以在X、Y两个方向上单独进行移动，因此可以利用李萨如原理形成圆形、三角形以及其他各种偏转振动图形，使得图形中的边线功率密度分布产生多种变化。这种方法具有与发射宽截面电子束相同的作用结果。二、脉冲式电子束从工艺角度来看

脉冲型,连续型,电子束,表面改性

Fig.1.2Schematieillustrationofthesuri兔eemodifieationProeesseswitheontinuous(a)andPulsed eleetronbeam(b)如图1.2所示，在连续输出工作方式下，由于电子束能量的连续供给，在加热区域的周边产生热量积蓄，与此同时在电子束照射后，滞后一段时间产生的蒸汽会使入射电子束发生散射，结果电子束能量密度降低，加工变质层增大。如果能在确保加工深度的前提下，既维持所需要的能量峰值，同时脉冲地控制能量输入，则单位时间内来自加工区域的传热量减少，进入到加工区周围的热量在电子束停止照射时，可以迅速扩散。这样不仅可以避免过多的能量损失，同时可以有效地增加冷却速度，减少热影响区的范围。由于电子束以极短时间脉冲输出，也可以减少甚至避免金属蒸汽的产生，继续照射时蒸汽已经消失

【引证文献】