高锰钢表面等离子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的组织与性能研究

发布时间：2017-09-07 00:17

  本文关键词：高锰钢表面等离子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层的组织与性能研究

  更多相关文章： 高锰钢 热处理 等离子熔覆 耐磨性 裂纹

【摘要】：本文针对传统高锰钢零部件在低冲击应力下难以加工硬化,导致表面等局部接触面容易磨损失效,提出了在高锰钢表面等离子熔覆Fe-Cr-Ni合金涂层以改善高锰钢的表面耐磨性。由于熔覆过程冷、热循环快,熔覆层容易累积残余应力而产生裂纹,热影响区产生脆性魏氏体组织。基于影响熔覆层成型的六因素优化出熔覆工艺参数,并对熔覆层进行不同热处理工艺处理,以改善熔覆层组织稳定性,消除残余应力,促使魏氏体组织珠光体化转变,提高综合性能,得到高耐磨性和无裂纹涂层。着重分析了熔覆层裂纹产生机理及扩展方式、热处理前后熔覆层与基体组织和残余应力演变、热处理前后熔覆层与基体摩擦磨损性能。研究结果表明：熔覆层组织由残余渗碳体、树枝状奥氏体与骨架状共析体组成,垂直于熔覆方向依次分为等轴晶区、树枝晶区、包状晶区、结合区平面晶；热影响区为组织粗大魏氏体,基体为珠光体与奥氏体组织。热处理后熔覆层组织内奥氏体均匀化,骨架状共晶体部分溶入晶粒内部,晶粒Cr、Ni含量增加,晶粒内析出(Cr,Fe)mCn颗粒相,共晶体区域聚集出黑色碳化物相,随着热处理温度升高,颗粒相(Cr,Fe)mCn数量增加,分布更均匀。900℃退火处理后组织内碳化物相完全析出,且从亚稳态的(Cr,Fe)7C3相逐渐转化为更稳定的(Cr,Fe)23C6相,热处理区魏氏体组织重结晶成细小珠光体组织。多道熔覆的析出相数量和稳定相转变较单道熔覆均匀。残余应力测试试验表明熔覆层中应力以热应力为主,多道熔覆层残余应力为单道熔覆层累计,高于单道40%且均为拉应力；900℃退火处理后单、多道熔覆层因热应力释放、沉淀颗粒相(Cr,Fe)mCn的完全析出以及析出相稳定态转变共同作用,降低熔覆层中应力值分别81%、67%。针对熔覆层组织改变对残余应力的影响,从微观角度分析了基体预热温度对熔覆层裂纹形成机理与扩展方式的影响。基体未预热熔覆层内出现宏观贯穿裂纹,形成穿晶断裂；预热250℃后覆层出现微观沿晶裂纹和穿晶裂纹,预热350℃后熔覆层无裂纹产生。所有裂纹均起源于熔覆层底部的结合处,沿着结晶凝固方向往顶部发展,其扩展驱动力为快速凝固过程中垂直于熔覆方向上产生的温度差和熔覆层与基体的热膨胀系数差造成的热应力。基体预热350℃能够降低散热速度和促使碳化物析出,从而减少熔覆层内残余应力消除裂纹。熔覆层性能试验表明,未热处理熔覆层耐磨性为基体7.3倍,900℃退火处理后熔覆层耐磨性提高3.3倍,说明热处理在改善熔覆层质量时保持良好的耐磨性。基体磨损机制属于典型的磨粒磨损；未热处理熔覆层磨损机制为磨粒磨损和粘着磨损相结合；熔覆层经900℃退火处理后磨损机制为粘着磨损。900℃退火处理后熔覆层组织内元素扩散均匀,过饱和固溶体析出碳化物相且发生稳定转变,使熔覆层硬度分布均匀,高于基体2.7倍。熔覆层强度与基体相当,高于未热处理熔覆层70.8%、59.7%。
【关键词】：高锰钢 热处理 等离子熔覆 耐磨性 裂纹
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 绪论15-26
• 1.1 引言15-16
• 1.2 高锰钢概述16-17
• 1.2.1 高锰钢特点16-17
• 1.2.2 高锰钢零部件的失效17
• 1.3 金属材料的表面涂层技术17-19
• 1.3.1 激光表面处理技术18
• 1.3.2 等离子表面处理技术18-19
• 1.4 等离子熔覆理论基础19-21
• 1.4.1 等离子熔覆定义19-20
• 1.4.2 等离子熔覆优点20
• 1.4.3 等离子熔覆表面强化机理20-21
• 1.5 等离子熔覆技术国内外研究现状21-24
• 1.5.1 熔覆层组织与性能研究现状21-22
• 1.5.2 熔覆过程数值模拟研究现状22-23
• 1.5.3 熔覆后裂纹控制研究现状23
• 1.5.4 熔覆成形技术研究现状23-24
• 1.5.5 熔覆后热处理研究现状24
• 1.6 等离子熔覆技术现存问题24-25
• 1.7 课题的主要研究内容25-26
• 第二章 试验材料及工艺参数设计26-31
• 2.1 试验材料及预处理26-27
• 2.1.1 基体材料26
• 2.1.2 合金粉末材料26-27
• 2.2 熔覆工艺参数设计27-29
• 2.2.1 工艺参数对熔覆层质量影响27-29
• 2.2.2 工艺参数设计29
• 2.3 热处理工艺29
• 2.4 本章小结29-31
• 第三章 等离子熔覆涂层组织成分分析31-50
• 3.1 单道熔覆层组织成分分析31-39
• 3.1.1 微观组织分析31-35
• 3.1.2 组织析出相演变35-37
• 3.1.3 残余应力分析37-39
• 3.2 多道熔覆层组织成分分析39-45
• 3.2.1 显微组织分析39-43
• 3.2.2 组织析出相演变43-44
• 3.2.3 残余应力分析44-45
• 3.3 单、多道熔覆层对比分析45-49
• 3.3.1 显微组织对比分析45-46
• 3.3.2 物相成分对比分析46-48
• 3.3.3 残余应力对比分析48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 等离子熔覆层组织缺陷分析50-59
• 4.1 主要缺陷及产生机理分析50-51
• 4.2 熔覆层裂纹试验分析51-57
• 4.2.1 裂纹种类及扩展方式51-53
• 4.2.2 组织中物相成分对裂纹影响53-55
• 4.2.3 残余应力对裂纹影响55-57
• 4.3 熔覆层缺陷的预防57-58
• 4.4 本章小结58-59
• 第五章 等离子熔覆涂层性能分析59-70
• 5.1 熔覆层摩擦磨损性能分析59-62
• 5.2 熔覆层显微硬度分析62-66
• 5.2.1 单道熔覆层显微硬度分析62-64
• 5.2.2 多道熔覆层显微硬度分析64-65
• 5.2.3 单、多道熔覆层显微硬度对比分析65-66
• 5.3 熔覆层拉伸性能对比分析66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论与展望70-72
• 参考文献72-78
• 攻读学位期间发表的学术论文78-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 翟永杰;乔世杰;陆小龙;余鹏程;罗晓娣;许雪妮;顾玉栊;刘秀波;;热处理对激光熔覆γ-(Ni,Fe)/CrB/hBN自润滑耐磨复合涂层力学性能的影响[J];材料热处理学报;2015年12期

2 李美艳;韩彬;蔡春波;王勇;宋立新;;激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟[J];焊接学报;2015年05期

3 李杰;高峰;张鑫;田玉亮;陆在平;;铁基激光熔覆层的开裂行为及开裂机理研究[J];热喷涂技术;2013年04期

4 于承雪;景财年;李怀学;;激光熔覆裂纹的形成机理及控制方法[J];航空制造技术;2012年04期

5 赵静娟;何占启;;激光熔覆裂纹问题的研究[J];新技术新工艺;2011年10期

6 卢金斌;孟普;彭竹琴;弓金霞;刘英;杨卫铁;;等离子束熔覆铁基合金温度场的数值模拟[J];中原工学院学报;2009年05期

7 毕晓勤;胡小丽;王洁;;工艺参数对等离子熔覆Ni-Cr合金涂层组织及成形质量的影响[J];航空材料学报;2009年03期

8 余东海;王成勇;成晓玲;宋月贤;;磁控溅射镀膜技术的发展[J];真空;2009年02期

9 黄尚猛;;激光熔覆技术防开裂对策探讨[J];装备制造技术;2007年11期

10 马琳;原津萍;张平;赵军军;;多道激光熔覆温度场的有限元数值模拟[J];焊接学报;2007年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴圣川;复杂件等离子熔积成形过程有限元及无网格法模拟[D];华中科技大学;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 孙荣民;中锰钢的微观组织结构及其耐磨性能研究[D];昆明理工大学;2012年

，

本文编号：806292