14Cr11MoV马氏体耐热不锈钢表面离子硬化处理的研究

发布时间：2017-04-14 21:08

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【摘要】：14Cr11MoV(旧牌号1Cr11MoV)马氏体耐热不锈钢具有良好的耐蚀性能,优良的综合力学性能以及较高的抗蠕变性能等优点,被广泛用于汽轮机叶片、阀杆、尾轴等场合,但和其他不锈钢一样,存在表面硬度低、耐磨性差等缺点,严重降低了马氏体耐热不锈钢的使用寿命,限制了其在工业中的应用。离子硬化能有效提高不锈钢表面硬度及耐磨性,但目前国内外对14Cr11MoV离子硬化处理的研究报告不多,所以对14Cr11MoV钢离子硬化处理的研究很有意义。本文通过对14Cr11MoV马氏体耐热不锈钢进行离子渗氮、渗碳以及氮碳共渗的表面硬化处理研究,利用金相显微镜、显微硬度计、SEM、XRD衍射仪等仪器进行分析研究渗层的组织性能与结构,包括渗层厚度、表面硬度、表面脆性、硬度梯度以及物相结构等。通过试验研究主要得出如下结论:(1)三种硬化处理方式中离子渗氮渗速最快,610℃之前,离子氮碳共渗渗速快于大于渗碳,而610℃之后,离子氮碳共渗渗速慢于离子渗碳;对于表面硬度,相同温度下离子渗氮硬度较高,渗碳表面硬度比较稳定,氮碳共渗表面硬度随温度变化波动较大,在530℃时一度超过离子渗氮,但硬度下降较快,570℃后硬度最低。(2)渗层厚度都随处理温度和时间的增加逐渐增加,但增速都逐渐变缓;离子渗碳和氮碳共渗硬化处理渗层中没有裂纹,离子渗氮只有在630℃以上渗层中才没有裂纹,且升温过程不能通含氮气体;对于硬度梯度,离子渗氮渗层硬度梯度最陡,氮碳共渗硬度梯度比较缓和,渗碳的硬度梯度是先陡后缓和。(3)所有处理工艺下得到的表面脆性只有1级和1-2级,脆性都合格;通过XRD衍射分析,渗氮处理后渗层中主要由α、Fe3N、Fe4N和CrN四相组成,渗碳后渗层主要由α、Fe3C和Cr23C6三相组成,氮碳共渗后渗层主要α、Fe3C、Fe3N、Fe4N、Cr N和Cr23C6六相组成,Cr元素的析出导致耐蚀性下降,碳化物和氮化物的析出聚集导致硬度下降。
【关键词】：马氏体耐热不锈钢 14Cr11Mo V 离子渗氮 离子渗碳 离子氮碳共渗 裂纹
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG142.71;TG156.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-28
• 1.1 马氏体耐热不锈钢9-17
• 1.1.1 不锈钢概述9-11
• 1.1.2 马氏体耐热不锈钢11-15
• 1.1.3 合金元素对马氏体耐热不锈钢的影响15-17
• 1.2 马氏体不锈钢的表面硬化处理技术17-27
• 1.2.1 马氏体不锈钢离子热扩渗硬化处理技术17-22
• 1.2.1.1 等离子热扩渗处理技术17-18
• 1.2.1.2 马氏体不锈钢离子硬化处理技术现状18-21
• 1.2.1.3 AISI420马氏体不锈钢低温渗氮、渗碳、氮碳共渗的研究21-22
• 1.2.2 马氏体不锈钢气体热扩渗硬化处理技术22-24
• 1.2.3 马氏体不锈钢离子注入技术24-26
• 1.2.4 马氏体不锈钢盐浴热扩渗硬化处理技术26-27
• 1.3 研究意义及研究内容27-28
• 1.3.1 研究意义27
• 1.3.2 研究内容27-28
• 2 试验方法28-32
• 2.1 试验材料28-29
• 2.2 试验设备29
• 2.3 试验过程29-30
• 2.4 测试方法30-32
• 3 14Cr11Mo V钢离子渗氮试验的研究32-49
• 3.1 14Cr11Mo V钢离子渗氮裂纹的研究32-34
• 3.2 离子渗氮试验的研究34-47
• 3.2.1 离子渗氮试验方案的设计34-35
• 3.2.2 渗氮温度对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响35-42
• 3.2.2.1 渗氮温度对渗层厚度的影响39-40
• 3.2.2.2 渗氮温度对渗层表面硬度的影响40-41
• 3.2.2.3 渗氮温度对渗层表面脆性的影响41
• 3.2.2.4 渗氮温度对渗层内裂纹的影响41-42
• 3.2.3 渗氮时间对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响42-45
• 3.2.3.1 渗氮时间对渗层厚度的影响44-45
• 3.2.3.2 渗氮时间对渗层表面硬度的影响45
• 3.2.3.3 渗氮时间对渗层表面脆性及裂纹的影响45
• 3.2.4 14Cr11Mo V钢渗氮层的硬度梯度45-46
• 3.2.5 14Cr11Mo V钢渗氮层物的相结构46-47
• 3.3 本章小结47-49
• 4 14Cr11Mo V钢离子渗碳的研究49-63
• 4.1 离子渗碳试验方案的设计49-50
• 4.2 渗碳温度对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响50-55
• 4.2.1 渗碳温度对渗层厚度的影响53-54
• 4.2.2 渗碳温度对渗层表面硬度的影响54-55
• 4.2.3 渗碳温度对渗层表面脆性的影响55
• 4.3 渗碳时间对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响55-59
• 4.3.1 渗碳时间对渗层厚度的影响57-58
• 4.3.2 渗碳时间对渗层表面硬度的影响58-59
• 4.3.3 渗碳时间对渗层表面脆性的影响59
• 4.4 14Cr11Mo V钢渗碳层的硬度梯度59-60
• 4.5 14Cr11Mo V钢渗碳层的物相结构60-61
• 4.6 本章小结61-63
• 5 14Cr11Mo V钢离子碳氮共渗的研究63-76
• 5.1 离子氮碳共渗试验方案的设计63-64
• 5.2 氮碳共渗温度对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响64-69
• 5.2.1 氮碳共渗温度对渗层厚度的影响67-68
• 5.2.2 氮碳共渗温度对渗层表面硬度的影响68-69
• 5.2.3 氮碳共渗温度对渗层表面脆性的影响69
• 5.3 氮碳共渗时间对 14Cr11Mo V钢表面硬化的影响69-73
• 5.3.1 氮碳共渗时间对渗层厚度的影响71-72
• 5.3.2 氮碳共渗时间对渗层表面硬度的影响72
• 5.3.3 氮碳共渗时间对渗层表面脆性的影响72-73
• 5.4 14Cr11Mo V钢碳共渗渗层的硬度梯度73-74
• 5.5 14Cr11Mo V钢氮碳共渗渗层的物相结构74-75
• 5.6 本章小结75-76
• 6 14Cr11Mo V离子表面硬化处理结果的比较76-80
• 6.1 渗层厚度76-77
• 6.2 表面硬度77-78
• 6.3 渗层表面脆性以及裂纹78-79
• 6.4 渗层硬度梯度79-80
• 7 结论与展望80-82
• 7.1 结论80-81
• 7.2 展望81-82
• 参考文献82-88
• 致谢88-89
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录89-90

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