H13钢加工白层组织及其电化学特性

发布时间：2017-11-03 00:07

  本文关键词：H13钢加工白层组织及其电化学特性

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【摘要】：淬硬钢具有高强度和高硬度的特点,在模具、轴承等行业应用非常广泛。淬硬钢的常用加工方法有硬态切削、磨削和电火花加工,其加工表面完整性直接影响零件的使用性能。白层是伴随着淬硬钢加工过程而形成的存在于工件表面层的一种特殊组织。白层晶粒细小,具有高硬度、高脆性等特征,对零件的使用性能具有重要的影响。影响白层形成的因素众多,实际生产中很难对白层的产生进行准确控制和预测。想要获得零件表面层信息,目前只能通过传统的金相观察方法。这种方法不仅效率低,而且破坏被测零件,因此低损甚至无损的白层检测方法亟需开发。随着电化学技术的发展,一些电化学测量方法不仅能准确评价材料性能,而且测量过程对被测试样低损伤,展现出可应用于白层检测的潜力。基于此,本文以AISI H13模具钢为实验材料,在系统研究其加工白层组织的基础上,提出了利用电化学方法来检测白层的方案,并对其可行性和可操作性进行研究。研究了铣削表层微观组织在刀具磨损过程中的演变规律。在刀具磨损过程中,随着刀-工之间挤压、摩擦作用的加剧,工件表层可能发生组织相变和显微结构改变,依次形成黑层和白层组织。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)等材料微观分析手段,研究了淬硬钢加工白层的组织特征。微观分析表明,白层由细小的亚晶粒组成,晶界不明显,铣削白层内存在大密度位错,塑性变形严重；白层内的化学元素含量较基体发生了显著变化,铣削白层内C元素和O元素含量明显增加。研究了铣削试样表面层微观组织对电极/溶液双电层界面阻抗的影响规律。具有不同微观组织类型的试样其阻抗曲线位于阻抗谱的不同区域。等效电路拟合结果表明,白层的出现显著减小了电极／溶液双电层界面之间的电荷转移电阻Rct,即白层减弱了试样的耐腐蚀能力。研究同时表明,通过分析测得的电化学参数可以对试样是否具有白层进行判别。分析了电解液和电化学测试方法对白层检测效果的影响。通过观察,极化曲线的测量对测试试样表面损伤较大,试样表面层材料遭到严重腐蚀；而电化学阻抗谱测量不仅能准确区分有/无白层试样,而且这种测量手段对于被测试样的影响是微小的。相较于3.5w/%NaCl溶液,具有不同微观组织的试样在1mol/LNaOH溶液中的阻抗具有更高的区别度,因此低溶度的NaOH溶液可作为白层检测的电解质溶液。
【关键词】：硬态铣削 白层 电化学方法 腐蚀 H13钢
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG506
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题背景与意义13-14
• 1.2 淬硬钢加工白层研究现状14-18
• 1.2.1 白层组织特征14-16
• 1.2.2 白层的形成机理16-17
• 1.2.3 切削条件对白层形成的影响17
• 1.2.4 白层的预测17-18
• 1.2.5 白层的检测18
• 1.3 电化学方法在材料性能评价中的应用18-19
• 1.4 课题来源及主要研究内容19-21
• 第2章 H13钢加工白层的组织研究21-39
• 2.1 H13钢试样制备21-27
• 2.1.1 实验材料及性能21
• 2.1.2 实验设备21-23
• 2.1.3 实验方案设计23-26
• 2.1.4 测试程序26-27
• 2.2 刀具磨损与表面层微观组织观察27-33
• 2.2.1 刀具磨损27-28
• 2.2.2 工件表面层微观组织28-33
• 2.3 白层微观组织分析33-37
• 2.3.1 白层晶粒特征33-34
• 2.3.2 白层元素成分分析34-37
• 2.4 本章小结37-39
• 第3章 H13钢铣削试样/溶液双电层界面的交流阻抗解析39-53
• 3.1 电化学实验39-43
• 3.1.1 测试原理39-41
• 3.1.2 实验仪器41
• 3.1.3 工作电极的制备41-43
• 3.2 电化学阻抗谱43-46
• 3.2.1 阻抗谱原理43-44
• 3.2.2 等效电路与等效原件44-46
• 3.3 铣削表面层微观组织对试样电化学特性的影响46-51
• 3.3.1 稳态开路电位测量46-47
• 3.3.2 EIS图谱解析47-48
• 3.3.3 等效电路拟合与数据解析48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 加工白层的电化学方法检测53-63
• 4.1 电化学阻抗谱的测量与解析53-57
• 4.2 动电位极化曲线的测量与解析57-60
• 4.3 试样表面观察60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 总结与展望63-65
• 5.1 工作总结63-64
• 5.2 研究展望64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与课题69-71
• 致谢71-72
• 附件72

【共引文献】

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2 余瑶隆;施阁;胡敬敏;袁书豪;;基于阻抗谱特征值数据库的地沟油检测方法[J];粮油食品科技;2013年06期

3 胥飞;;一种宽频液体阻抗谱测量方法[J];上海电机学院学报;2013年05期

4 魏凡书;谷东杰;;阻抗法在涂料失效过程中的应用[J];山东化工;2015年13期

5 曲有鹏;高珊珊;吕江维;李达;刘峻峰;田家宇;;电化学阻抗技术在微生物燃料电池阻抗测试中的应用[J];实验技术与管理;2015年07期

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本文编号：1133755