40Cr表面梯度层热扩渗工艺及组织性能研究

发布时间：2020-06-20 02:06

【摘要】：齿轮是常见的传动零件之一,为延长其寿命,常要求材料兼具耐磨、抗蚀等性能。随着工业进程的推进,均质材料难以满足零件现今综合性能要求。将梯度涂层作为零件的工作层,可经济有效地提升齿轮寿命。热扩渗技术不仅能在材料表面制备出具有冶金结合的渗层,还可根据所需性能的要求有针对性地选择一种或多种扩渗元素调控性能。经热扩渗制备出的渗层,可有效改善材料的渗层组织及表面性能。本课题受国家自然科学基金面上项目“多元共渗FGM涂层齿轮性能分布调控及服役行为研究”(项目资助号:51575073)资助,以常见齿轮材料40Cr作为基材,利用电磁感应加热方式进行合金元素扩渗,目的是提升齿轮材料40Cr的综合性能。对其组织和性能进行研究,并与传统箱式炉进行对比,为齿轮表面改性技术的研究提供理论支持及技术参考。论文主要研究内容如下:(1)总结了齿轮表面改性现有技术,以热扩渗工艺为主,探讨了该工艺的实现手段以及国内外研究状况。(2)以40Cr钢为研究对象,在不同温度下利用感应加热在材料表面制备了渗Cr层,表征了组织和性能,分析了感应加热方式下Cr元素的相应扩散机理。(3)分别利用箱式炉和感应加热方式,在40Cr表面扩渗制备了Al层,对比分析了不同加热方式下渗Al层的组织、性能的差异。(4)利用箱式炉和感应加热方式,制备了Cr-Al共渗层,对比分析了渗层的组织,分析了不同加热方式多元共渗元素扩散机理和渗层形成机制,对比分析了其性能的差异。研究结果表明,感应加热渗Cr工艺中,1000℃渗Cr层组织为珠光体和铁素体,1300℃渗Cr层中出现粗大的柱状晶;IHC-1000试样较IHC-1300试样具有更好的渗层结合力以及截面硬度梯度;两种温度渗Cr层厚度均在80μm左右,均能达到外硬内韧的效果。渗Al工艺中,感应渗Al层具有较厚层深,但致密性不如箱式渗Al层;两种渗Al层中Al、Fe元素含量呈相反趋势变化;箱式炉渗Al层具有更好的截面硬度、耐腐蚀性能以及表面粗糙度。Cr-Al共渗工艺中,感应Cr-Al共渗试样较箱式Cr-Al共渗试样具有更好的组织性能,其中感应Cr-Al共渗层层深较厚,接近362μm,渗层由表面柱状晶、中间细珠光体区以及长条状晶区组成;箱式炉在同等条件下制备的渗层效果较差,Cr元素在扩渗过程中受到抑制,且层深仅有20μm。Cr-Al共渗层能提高在NaCl水溶液以及(H_2SO_(4,)Na_2SO_4)水溶液中的耐腐蚀性,且感应Cr-Al共渗层的耐NaCl腐蚀性约为基体的166倍,为箱式炉Cr-Al共渗试样的4倍。在酸性介质中,耐腐蚀性约为基体的77倍,箱式炉试样的4倍。论文具有如下创新性:(1)采取粉末包埋法,用感应加热制备了渗Cr层,发现了随着扩渗温度增加,扩渗效果不同的现象,分析了不同温度下Cr的扩渗机理差异。(2)利用感应加热设备及箱式炉加热设备实现了包埋法渗Al工艺,系统研究了两种加热方式处理下渗Al层组织及性能的差异。(3)利用感应加热实现了Cr-Al共渗工艺,与箱式炉加热对比,大幅度提高了渗层厚度和性能,详细探讨了不同工艺渗层形成机理差异。
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG174.4

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本文编号：2721697