40Cr材料表面Cr层制备工艺及组织性能研究

发布时间：2019-09-29 18:37

【摘要】：齿轮在工作时往往由于表面失效而无法继续工作,因此延长齿轮的工作寿命就要求其表面具有硬度高、耐磨性能良好等。使用涂层作为齿轮的工作层,能有效地延长齿轮寿命。电刷镀是比较传统的齿轮强化工艺,镀铬层具有高硬度和高耐磨性能,已在工业中应用较为广泛,但由于其结合力不高,发展颇受限制。因此本文以齿轮材料40Cr为研究对象,采用电刷镀与热处理结合的方式,在获得不同尺寸晶粒的同时,还使得Cr元素扩散至基体,形成扩散层,增加涂层与基体间的结合力。同时,本文采用感应加热和箱式炉加热方法在40Cr材料表面制备Cr层,开展了Cr层的制备工艺及Cr层的组织与性能等研究,为齿轮的表面涂层制备技术提供有力支撑。论文的主要工作有:(1)探究电刷镀镀Cr的工艺参数,分析镀Cr层的形成机理,开展了Cr层的组织与性能研究;采用电刷镀与热处理结合的方式,观察了晶粒尺寸长大情况、涂层的变化情况以及元素扩散情况,分析了晶粒尺寸变化及元素扩散的机理。(2)对电刷镀前后的试样进行X射线衍射(XRD)分析对比,观察了试样的断口形貌,试验研究了其结合力、摩擦磨损性能及耐腐蚀性能。(3)分析箱式炉加热与感应加热两种加热方式的异同点,探究渗Cr的工艺参数与渗剂配方,制备出两种渗Cr层,观察渗层的组织、元素及物相变化情况,解释了两种涂层在加热和冷却过程的组织演变和形成机理。(4)对箱式炉加热和感应加热两种方法下制备出的涂层进行进一步淬火,观察组织与元素分布的变化情况,并完成其硬度测试。(5)对箱式炉加热及感应加热工艺制备出的Cr层进行性能测试,通过对比试样的表面粗糙度、显微硬度、结合力、耐腐蚀性能、摩擦磨损性能等,总结出两种方法各自的优劣势。通过以上分析,获得了以下结论:(1)电刷镀镀Cr层是由均匀分布的单元组成的,单元大小为15-25μm,单元由小于100nm的Cr颗粒组成,涂层表面有少量的裂纹存在;Cr层连续均匀,层厚约为40μm,涂层的截面方向有微小的波纹状裂纹。不同温度退火后,700℃时试样涂层的Cr球开始长大至晶粒,晶粒尺寸约840nm,并在长大过程中存在异常长大现象;900℃时,涂层开始出现分层,新出现的涂层呈现柱状晶粒形貌;1100℃时,涂层出现三层,第二层仍然呈现柱状晶粒形貌,第三层为扩散层。(2)电刷镀镀Cr试样的表面硬度为877.41HV,随着由表到里的距离增加,硬度降低随而趋于平稳;不同温度退火后的表面硬度在700℃时最低;其结合力大小为46.3N;磨损量较原始调质40Cr下降了12.5%。(3)在1000℃下,箱式炉加热和感应加热分布渗10h、1h,相比箱式炉加热,感应加热这种方式制备出的Cr层厚且连续,界面紧密;感应加热渗Cr层的Cr扩散层深度大约为82μm,涂层由(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3合金渗碳体片层组成;而箱式炉加热渗Cr层的Cr扩散层深度大约为18μm,涂层由(Cr,Fe)23C6相组成;感应加热渗Cr试样淬火后,珠光体的片距更小,涂层厚度变厚;而箱式炉加热渗Cr试样淬火后,涂层虽然表薄,但涂层更致密。(4)相对于原始调质40Cr试样,感应加热渗铬试样、箱式炉加热渗铬试样的磨损量分别为降低了21.98%、34.48%;耐腐蚀性能表现为感应加热渗铬试样优于箱式炉渗铬试样。
【图文】：

技术不适用于大尺寸的工件；并且化学气相沉000℃）进行沉积，很容易引起零件的变形和组性能，并削弱了基体与涂层之间的结合力，从积技术主要用于制备绝缘膜、钝化膜、防腐蚀用化学气相沉积法在 C/C 复合材料基体表面制备rO2涂层对基体起到了一定的保护作用，具有良 TiC-C 功能梯度材料，通过 TiCI-CH4-H2系统的过渡到 95.2%的功能梯度材料。国内外利用化学m 的 C/C 、SiC/C 、TiC/C 系的梯度涂层。沉积在真空条件下，通过蒸发，电离或溅射等过程形成化合物沉积在工件表面，其基本原理图如如加热）产生的能量轰击靶材，溅射出来的粒输，而沉积在工件表面，形成薄膜。物理气象离子镀三种，应用较广的是离子镀。

2 实验材料及方法处理用材料调质 40Cr 为基体材料，其化学成分如表m×6mm。基体材料的热处理工艺为 850℃淬火+50HV0.2，组织为回火索氏体（如图 2.1 所示），，平均晶粒尺寸大约为 0.5-1μm。可以认为在。表 2.1 40Cr 钢的化学成分（wt/%）Table 2.1 Chemical Composition of 40Cr Steel (wt/%)Si Mn Cr 0.45 0.20～0.40 0.50～0.80 0.70～1.0
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】

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本文编号：2544074