等离子表面热处理对AISI H13钢摩擦学性能的影响
发布时间：2020-12-19 21:37
AISI H13（4Cr5MoSiV1）模具钢具有高韧性、高红硬性、高抗冷热疲劳性等优点,是应用最广泛的工模具钢之一,但由于其硬度和耐磨性较差,当作为压铸铝模具和无缝钢管穿孔顶头在高温高压环境工作时,会产生严重的氧化、粘附和磨损现象,极大地降低了生产效率,增加了成本。可以通过等离子表面热处理工艺对其进行改善。本文通过对H13钢分别进行离子渗氮、离子氮碳共渗和离子渗硫等表面处理手段来改善其摩擦学性能。离子渗氮和离子氮碳共渗处理通过在表面生成以ε和γ′相为主的渗层来提高材料的耐磨性;而离子渗硫主要通过较低的温度和较短的保温时间在表面生成以FeS为主的渗硫层来达到减磨的效果。通过XRD、SEM等各种表征手段以及摩擦磨损试验对处理后的材料进行了微观组织与摩擦学性能研究,主要研究内容及结论如下:（1）在100 Pa恒压条件下对H13钢进行离子渗氮处理,研究了不同温度、氮气氢气比例和不同时间条件下的摩擦学性能。首先,在N2/H2=1/2的气氛中,分别以480℃、500℃和520℃条件下保温6 h。结果表明,随着温度的升高,化合物层逐渐变厚,渗层厚度没有发...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
H13顶头穿孔模型:（a）无缝钢管轧制过程，（b）顶头穿孔过程,（c）磨损的顶头Fig.1.1H13plugperforationmodel:(a)Rollingprocessofseamlesssteeltube,(b)perforationprocessofplug,(c)wornplug针对此种情况，国内外众多学者指出，H13作为以上工件的主要材料，在服役过
图 1.2 氮化过程原理图[8]Figure 1.2 The principle of plasma nitriding[8]渗氮，离子渗氮有以下优势：密，与基体结合强度高，不易脱落。为气体法的 1/3-1/5，故节约能源，对环境友好，不会造成严过采用不同比例的氮气氢气，可生成不同离子法在机械、冶金、宇航等工业领域锈钢无需预处理即可进行渗氮过程。状
化合物层中 ε、γ′两相的比例，可以优化工件的机械性能；随着温度的升高，已经生成的 ε 相会逐渐转变为 γ 相，因此温度是非常重要的一个可控变量，改变温度可以获得优化的渗氮层，从而具有较高的耐磨性[21,22]。1.3.4 离子渗氮的工业应用基于以上提到的离子渗氮一系列优和研究现状，我国离子渗氮的使用面一直在扩大，且逐渐走向工业化进行批量生产。例如，420(2Cr13)钢的核电站控制阀的零部件,经离子渗氮后基本上不发生畸变；材料为 42CrMo 钢的辊端轴套是轧机传动设备构件和港口机械针轮零部件，经离子渗氮后，表面硬度提高到了 600 HV，渗层厚度大于 0.8mm，大大提高了耐磨性和耐腐蚀性[23]；推土机用齿轮传动件采用离子渗氮处理后，表面硬度增加，阻止了裂纹的产生，表面强度以及耐磨性都有所提高，极大地节约了成本[24]；对控制棒组件的 316L 不锈钢包壳管进行离子渗氮，很大程度的减少了磨损和疲劳，提高了耐磨性从而增加了使用寿命[25,26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]H13模具钢热处理工艺的研究进展[J]. 杨明亮,赵作福,霍宝阳,邱玉艳,孙磊强,刘亮. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]材料表面渗硫技术的研究进展[J]. 杨显,王静,何川,胡建军. 机械工程师. 2018(08)
[3]离子渗氮技术发展与设备改造[J]. 杜树芳. 金属加工(热加工). 2018(06)
[4]金属材料磨损失效及防护措施分析[J]. 丘先堂,张雪莉,余雷. 山西冶金. 2017(05)
[5]氮碳共渗高碳当量灰铸铁摩擦学特性研究[J]. 郑志伟,陈荣发,顾晓文,王昌龙,赵玉宝,陈倩钰. 摩擦学学报. 2017(01)
[6]浅谈渗氮技术及其应用[J]. 贾幼庆. 安徽冶金. 2016(04)
[7]3Cr13钢540℃等离子体氮碳共渗层的组织结构和性能表征[J]. 李莉,由园,李琦,杜健,王爱超. 热处理技术与装备. 2016(05)
[8]钢的稀土氮碳共渗技术研究进展[J]. 张乐,张津,任青松,付航涛. 材料导报. 2016(19)
[9]离子渗氮工艺在推土机传动件上的应用[J]. 陈云龙,殷延明,王忠,王刚,孙叶. 金属加工(热加工). 2015(17)
[10]20CrMo低温离子渗硫层干摩擦磨损性能研究[J]. 杨明. 科技视界. 2015(14)
博士论文
[1]轴承钢的离子渗硫处理及固液复合润滑机理与应用研究[D]. 刘沅东.中国地质大学（北京） 2010
硕士论文
[1]控制棒包壳管离子渗氮工艺的研究[D]. 覃旭娟.上海交通大学 2015
[2]38CrMoAl钢氮碳共渗与激光淬火复合改性层的组织与性能[D]. 唐继海.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2926617
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
H13顶头穿孔模型:（a）无缝钢管轧制过程，（b）顶头穿孔过程,（c）磨损的顶头Fig.1.1H13plugperforationmodel:(a)Rollingprocessofseamlesssteeltube,(b)perforationprocessofplug,(c)wornplug针对此种情况，国内外众多学者指出，H13作为以上工件的主要材料，在服役过
图 1.2 氮化过程原理图[8]Figure 1.2 The principle of plasma nitriding[8]渗氮，离子渗氮有以下优势：密，与基体结合强度高，不易脱落。为气体法的 1/3-1/5，故节约能源，对环境友好，不会造成严过采用不同比例的氮气氢气，可生成不同离子法在机械、冶金、宇航等工业领域锈钢无需预处理即可进行渗氮过程。状
化合物层中 ε、γ′两相的比例，可以优化工件的机械性能；随着温度的升高，已经生成的 ε 相会逐渐转变为 γ 相，因此温度是非常重要的一个可控变量，改变温度可以获得优化的渗氮层，从而具有较高的耐磨性[21,22]。1.3.4 离子渗氮的工业应用基于以上提到的离子渗氮一系列优和研究现状，我国离子渗氮的使用面一直在扩大，且逐渐走向工业化进行批量生产。例如，420(2Cr13)钢的核电站控制阀的零部件,经离子渗氮后基本上不发生畸变；材料为 42CrMo 钢的辊端轴套是轧机传动设备构件和港口机械针轮零部件，经离子渗氮后，表面硬度提高到了 600 HV，渗层厚度大于 0.8mm，大大提高了耐磨性和耐腐蚀性[23]；推土机用齿轮传动件采用离子渗氮处理后，表面硬度增加，阻止了裂纹的产生，表面强度以及耐磨性都有所提高，极大地节约了成本[24]；对控制棒组件的 316L 不锈钢包壳管进行离子渗氮，很大程度的减少了磨损和疲劳，提高了耐磨性从而增加了使用寿命[25,26]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]H13模具钢热处理工艺的研究进展[J]. 杨明亮,赵作福,霍宝阳,邱玉艳,孙磊强,刘亮. 辽宁工业大学学报(自然科学版). 2018(05)
[2]材料表面渗硫技术的研究进展[J]. 杨显,王静,何川,胡建军. 机械工程师. 2018(08)
[3]离子渗氮技术发展与设备改造[J]. 杜树芳. 金属加工(热加工). 2018(06)
[4]金属材料磨损失效及防护措施分析[J]. 丘先堂,张雪莉,余雷. 山西冶金. 2017(05)
[5]氮碳共渗高碳当量灰铸铁摩擦学特性研究[J]. 郑志伟,陈荣发,顾晓文,王昌龙,赵玉宝,陈倩钰. 摩擦学学报. 2017(01)
[6]浅谈渗氮技术及其应用[J]. 贾幼庆. 安徽冶金. 2016(04)
[7]3Cr13钢540℃等离子体氮碳共渗层的组织结构和性能表征[J]. 李莉,由园,李琦,杜健,王爱超. 热处理技术与装备. 2016(05)
[8]钢的稀土氮碳共渗技术研究进展[J]. 张乐,张津,任青松,付航涛. 材料导报. 2016(19)
[9]离子渗氮工艺在推土机传动件上的应用[J]. 陈云龙,殷延明,王忠,王刚,孙叶. 金属加工(热加工). 2015(17)
[10]20CrMo低温离子渗硫层干摩擦磨损性能研究[J]. 杨明. 科技视界. 2015(14)
博士论文
[1]轴承钢的离子渗硫处理及固液复合润滑机理与应用研究[D]. 刘沅东.中国地质大学（北京） 2010
硕士论文
[1]控制棒包壳管离子渗氮工艺的研究[D]. 覃旭娟.上海交通大学 2015
[2]38CrMoAl钢氮碳共渗与激光淬火复合改性层的组织与性能[D]. 唐继海.哈尔滨工业大学 2014
本文编号：2926617
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