H13钢不同固体渗硼工艺制备的渗层高温摩擦磨损性能与机理研究

发布时间：2017-04-04 10:01

  本文关键词：H13钢不同固体渗硼工艺制备的渗层高温摩擦磨损性能与机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：固体渗硼技术是一种常用的提高H13热作模具钢使用寿命的表面处理方法。为改善固体渗硼工艺温度高、处理时间长等缺点,表面形变预处理、稀土催渗、加电场辅助渗硼等复合处理技术引起了广泛关注。本课题组通过喷丸预处理和稀土催渗共同辅助,实现了580℃低温固体渗硼。本文对850℃渗硼后所得Fe2B单相高温渗硼层、高能喷丸预处理辅助高温渗硼层、稀土催渗辅助高温渗硼层以及580℃低温渗硼层的高温摩擦磨损性能进行了研究,通过光学轮廓仪、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和原位纳米硬度测试系统、X射线衍射仪(XRD),对样品的表面粗糙度、渗硼层厚度及组织形貌、渗硼层硬度、渗层物相组成进行了研究;使用UMT-3型高温摩擦磨损试验机以及光学轮廓仪对渗硼层的摩擦系数、磨损体积进行了研究,并采用SEM、能谱分析(EDS)、XRD等测试对磨痕表面宏观和微观形貌、磨屑氧元素相对含量、磨痕表面物相进行了分析,讨论了渗硼层的磨损机理。具体研究结果如下:1.退火态H13钢经850℃固体渗硼及后续热处理后得到Fe2B单相渗硼层,其显微硬度约为1600HV0.1,渗层厚度约为37μm;渗硼层摩擦系数随磨损试验温度升高而降低,其突变是由于渗层开始磨穿所导致,渗硼层的磨损体积随温度升高而增大,600℃时迅速增大;2.磨损试验温度为400℃时,退火态H13钢850℃渗硼所得Fe2B单相渗层磨损机理主要为疲劳剥落磨损以及轻微氧化磨损;500℃时磨损机理开始向氧化磨损转变;600℃时氧化磨损机制占主导地位;700℃时氧化磨损加剧,样品表面出现龟裂状形貌,磨痕周围渗层发生高温疲劳剥落。3.喷丸辅助的850℃渗硼样品与抛光态渗硼试样相比,渗层硬度约提高100HV,厚度提高约22%,但其表面粗糙度显著提高。喷丸所产生的凹谷形貌在高温磨损过程中可以起到存屑减摩的作用,降低了其初期摩擦系数。相同磨损试验条件下,喷丸态渗硼试样的磨损体积均小于抛光态渗硼试样。4.喷丸辅助850℃渗硼样品和未渗硼试样磨损试验后表面氧化物均为Fe2O3,磨损机理主要为高温氧化磨损。由于喷丸纳米化预处理引入残余应力并使硼化物晶粒细化,喷丸辅助渗硼试样磨痕两边的渗硼层未发现疲劳剥落,然而抛光态渗硼试样磨痕两边渗层则出现了明显的疲劳剥落现象。5.在渗硼剂中添加2.5%和5%稀土能显著提高渗硼层厚度、显微硬度与致密性,但表面粗糙度略有增加;5%稀土辅助渗硼样品渗层厚度比不加稀土渗硼试样提高约27%,且显微硬度提高约60HV;10%稀土渗硼试样渗层厚度最大,但显微硬度、致密性明显下降,表面粗糙度显著增大至Ra 3.32。6.5%稀土渗硼试样与不加稀土渗硼试样相比,渗层磨穿时间约增加一倍,磨损体积降低21%,其磨损体积相对其它样品最小;5%稀土渗硼试样耐高温磨损性能与未渗硼H13钢相比提高近1.6倍。加入5%稀土催渗辅助的H13钢渗硼层耐高温磨损性能较优。7.H13钢经580℃低温固体渗硼后得到Fe2B和Fe B双相渗硼层;喷丸辅助低温渗硼试样的表面粗糙度低于抛光态试样,其粗糙度分别约为Ra 1.87、Ra2.06;喷丸辅助H13钢低温渗硼试样渗层硬度和致密性高于抛光态低温渗硼试样,其纳米硬度分别为23Gpa和18GPa;8.磨损试验温度为300℃时,低温渗硼层磨损机理主要为疲劳剥落磨损以及轻微氧化磨损;400℃时磨损机理开始向氧化磨损转变;500℃以上时,氧化磨损不断加剧。本文制备的低温渗硼层在600℃时耐磨损性能显著下降,其对基体高温磨损的保护作用已显著减弱。
【关键词】：H13钢 Fe2B单相渗层 喷丸预处理 稀土元素 低温渗硼 高温摩擦磨损
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 综述13-28
• 1.1 引言13
• 1.2 H13 热作模具钢简介13-14
• 1.3 模具表面处理14-16
• 1.4 钢铁渗硼技术16-19
• 1.4.1 渗硼工艺简介16-17
• 1.4.2 固体渗硼概述17
• 1.4.3 影响固体渗硼的主要因素17-19
• 1.5 摩擦磨损19-26
• 1.5.1 摩擦磨损概述19-20
• 1.5.2 干滑动摩擦学行为20-22
• 1.5.3 磨损失效主要机制22
• 1.5.4 热作模具钢高温摩擦磨损22-24
• 1.5.6 渗硼层摩擦磨损研究现状24-26
• 1.6 课题研究内容和意义26-28
• 第二章 实验材料与方法28-34
• 2.1 实验材料28
• 2.2 固体渗硼工艺方法28-29
• 2.3 渗层横截面金相制作29
• 2.4 显微硬度和纳米硬度检测29
• 2.5 XRD物相分析29
• 2.6 残余应力分析29-30
• 2.7 喷丸纳米化表征30
• 2.8 高温摩擦磨损测试30-32
• 2.9 表面形貌及磨损体积测试32-33
• 2.10 磨损机理分析33-34
• 第三章 Fe_2B渗硼层高温摩擦磨损性能与机理研究34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 实验部分34-35
• 3.2.1 高温固体渗硼实验34-35
• 3.2.2 高温摩擦磨损实验参数35
• 3.3 实验结果与分析35-44
• 3.3.1 渗硼层表面形貌35-36
• 3.3.2 渗硼层组织形貌、显微硬度和物相分析36-38
• 3.3.3 摩擦系数曲线分析38-39
• 3.3.4 磨损体积、磨痕形貌分析39-43
• 3.3.5 高温磨损机理研究43-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 喷丸处理对渗硼层高温摩擦磨损性能的影响46-60
• 4.1 引言46
• 4.2 实验部分46-47
• 4.2.1 喷丸预处理辅助高温渗硼实验46-47
• 4.2.2 高温摩擦磨损实验参数47
• 4.3 实验结果与分析47-59
• 4.3.1 喷丸表面纳米化表征47-49
• 4.3.2 喷丸对渗硼层表面形貌的影响49-50
• 4.3.3 渗硼层相组成、组织形貌及显微硬度研究50-52
• 4.3.4 摩擦系数曲线分析52-56
• 4.3.5 磨损机理研究56-59
• 4.5 本章小结59-60
• 第五章 稀土对H13 钢固体渗硼层高温摩擦磨损性能的影响60-70
• 5.1 引言60
• 5.2 实验部分60-61
• 5.2.1 稀土催渗辅助高温渗硼实验60-61
• 5.2.2 高温摩擦磨损实验参数61
• 5.3 实验结果与分析61-69
• 5.3.1 稀土对渗硼层表面形貌的影响61-62
• 5.3.2 稀土对渗硼层组织形貌、显微硬度的影响62-64
• 5.3.3 渗硼层相组成64
• 5.3.4 摩擦系数曲线分析64-66
• 5.3.5 磨损机理研究66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第六章 低温固体渗硼渗层高温摩擦磨损性能与机理研究70-83
• 6.1 引言70
• 6.2 实验部分70-72
• 6.2.1 低温固体渗硼实验70-72
• 6.2.2 高温摩擦磨损实验参数72
• 6.3 实验结果与分析72-81
• 6.3.1 渗硼层表面形貌72-73
• 6.3.2 渗硼层组织形貌、纳米硬度和物相分析73-75
• 6.3.3 摩擦系数曲线分析75-77
• 6.3.4 磨损体积、磨痕形貌分析77-80
• 6.3.5 高温磨损机理研究80-81
• 6.5 本章小结81-83
• 第七章 结论与展望83-85
• 7.1 结论83-84
• 7.2 展望84-85
• 参考文献85-89
• 作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文89-90
• 作者在攻读硕士学位期间参与的项目90-91
• 致谢91

【参考文献】

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1 石子源,隋珍;低温稀土渗硼研究[J];大连铁道学院学报;1997年04期

  本文关键词：H13钢不同固体渗硼工艺制备的渗层高温摩擦磨损性能与机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：285311