高效打蛋破壳刀片渗硼与渗钒处理后微观组织与性能变化
发布时间：2021-09-19 15:47
刀片卷刃和刀片磨损是破壳刀片的两大失效形式,这将决定着破壳器的使用效率。其中延长破壳刀使用寿命的有效解决方式便是提高材料硬度并保持其韧性。为此,该研究采用渗硼和TD渗钒2种工艺对2Cr13不锈钢破壳刀进行处理,以提高刀片的耐磨性,并对处理后的组织结构、机械性能以及摩擦性能进行研究。采用扫描电镜（Scanning Electron Microscope,SEM）和X射线能谱分析（Energy Dispersive Spectrum,EDS）从截面到涂层的厚度、组织和化学成分进行分析,利用X射线衍射仪（X-ray Diffraction,XRD）从表面对材料的晶体结构进行分析。结果表明,在2Cr13不锈钢破壳刀表面成功实现渗B与渗V处理,并有较好的附着性。处理后涂层厚度分别为14.8与5.2μm,渗钒涂层较薄是由于大原子半径使得扩散迟缓,其中渗B涂层原子百分含量为30%,而渗V涂层含量为12.3%。根据XRD,渗B涂层主要由Fe B、Fe2B、Fe3B组成,而渗V层主要由VCx组成,这些硼化物和碳化物是通过扩散与内部原子反应生成的。采用0.49 ...
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(19)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
破壳刀结构以及实物
图2为处理后基体与涂层显微形貌。如图2a、2b所示，在扩散渗处理后，经淬火与回火热处理，2Cr13基体组织由板条状马氏体以及铁素体组成，其中板条状马氏体主要来源于淬火处理，而铁素体组织为未转变所留下原始组织，Isfahany等在不锈钢热处理后发现同样组织[9,21]。另外，在处理后2Cr13基体中发现大量均匀分布的颗粒状相，结合文献[22]，可知该颗粒状物相为M23C6碳化物，其中M主要由Cr构成，该碳化物形成主要是因为基体中大量Cr元素为碳化物形成元素，在淬火、回火过程中与C形成结合。图2c、2d分别为渗B与渗V层截面结构形貌。涂层与基体具有明显形貌差异，外层涂层在腐蚀之后依旧致密，其中一些孔洞主要由于打磨时砂粒镶嵌后脱落引起，同时在砂粒作用下，外层与基体之间形成明显界面缝隙。对外层涂层进行厚度测量，可知渗B与渗V试样外层厚度分别为14.8和5.2μm。
为进一步确认渗层组成，对界面缝隙两侧材料进行成分线扫描分析与两侧成分点分析。图3所示为处理后试样表面与基体界面两侧元素分布线扫描结果，其中图3a为渗硼层，图3b为渗钒层样品。图3a、3b上层所示为扫描选定区域，分别从图中黄线所示位置由左向右探测元素含量。如图3a所示，随着扫描方向由基体向外层涂层方向，B元素含量在外层和基体结合处急剧升高，外层结构含B量明显高于基体侧，这表明图2所观察外层为渗B层，同时，C元素的含量在渗硼层和基体的交界处明显增加，表明扩散渗之后在此处形成了一个富碳区。而V元素的线分布出现同样规律，在界面处发生改变，外层V含量明显高于基体侧，而Fe接近基体时含量突增，说明外层为渗V层。值得注意的是，C在靠近基体时含量偏高，这一结果与Aghaie-Khafri等观察一致[23-24]。为进一步确定涂层组分，对渗层及其邻近基体组织进行成分点分析，结果如表1所示。由表1可知，2Cr13基体主要由Fe、Cr、C、Mn、Si元素组成，其中Cr含量高达11.14%，保证不锈钢基体的良好抗腐蚀能力。而C的高比例则来源于制样过程中的污染以及一起测量精度所致。渗层元素分析结果显示，渗B与渗V层主要元素为Fe、Cr、B与V。Fe与Cr为原金属基体元素，表明基体和覆层间存在一定程度的相互扩散,这种状况有利于强化界面的结合[16]，涂层与基体形成了冶金结合。B、V则来源于渗剂加热过程中向基体内部的扩散。渗B层中B元素比例为29.7%，显著高于渗V层中的12.31%，其原因在于B原子体积远小于V原子，因而，B原子可以更多地固溶在不锈钢内部晶体中。同时，更小的体积也使得B原子在原金属中扩散速度更快，很好解释渗B层厚度远大于渗V层厚度。当然，渗钒层厚度较小的另一个原因在于C原子与Cr的稳定结合阻碍渗钒层的形成[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2Cr13不锈钢的硼碳共渗及其摩擦学性能[J]. 黄朝军,梁文萍,缪强,李阳,易锦伟,丁铮. 热处理. 2019(06)
[2]氮对2Cr13马氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响[J]. 李堃,杨吉春,何耀宇,张文怀,杨全海. 内蒙古科技大学学报. 2017(01)
[3]LD钢TD盐浴渗钒组织和性能研究[J]. 万伟,罗军明,黄俊. 热加工工艺. 2016(16)
[4]TD处理制备的VC涂层XPS谱与EDS面扫描分析（英文）[J]. 孔德军,王进春,郭皓元. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[5]不锈钢技术及其发展[J]. 陈礼斌,高永春. 河北冶金. 2011(03)
[6]经过热处理不锈钢方丝的摩擦力[J]. 张敏,侯录,徐实谦. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(12)
[7]2Cr13钢的调质处理[J]. 曹三书,孙雪辉. 热处理. 2010(01)
[8]不同基体材料TD法盐浴渗钒层的组织及硬度[J]. 刘秀娟,王华昌. 材料热处理学报. 2010(01)
[9]TD处理中基体成分对覆层影响的热力学分析[J]. 刘秀娟,王华昌,李东伟,吴彦西. 材料热处理学报. 2006(04)
[10]高压脉冲电场对全蛋液杀菌的研究[J]. 周媛,陈中,杨严俊. 食品与发酵工业. 2006(05)
硕士论文
[1]驱动机构用高强高韧马氏体不锈钢耐磨性能研究[D]. 张志锋.燕山大学 2018
[2]链式打蛋机反求设计与样机试验[D]. 黄店升.华中农业大学 2015
[3]316不锈钢表面等离子渗B、Mo-B共渗及其摩擦磨损性能的研究[D]. 尹研.太原理工大学 2015
本文编号：3401894
【文章来源】：农业工程学报. 2020,36(19)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
破壳刀结构以及实物
图2为处理后基体与涂层显微形貌。如图2a、2b所示，在扩散渗处理后，经淬火与回火热处理，2Cr13基体组织由板条状马氏体以及铁素体组成，其中板条状马氏体主要来源于淬火处理，而铁素体组织为未转变所留下原始组织，Isfahany等在不锈钢热处理后发现同样组织[9,21]。另外，在处理后2Cr13基体中发现大量均匀分布的颗粒状相，结合文献[22]，可知该颗粒状物相为M23C6碳化物，其中M主要由Cr构成，该碳化物形成主要是因为基体中大量Cr元素为碳化物形成元素，在淬火、回火过程中与C形成结合。图2c、2d分别为渗B与渗V层截面结构形貌。涂层与基体具有明显形貌差异，外层涂层在腐蚀之后依旧致密，其中一些孔洞主要由于打磨时砂粒镶嵌后脱落引起，同时在砂粒作用下，外层与基体之间形成明显界面缝隙。对外层涂层进行厚度测量，可知渗B与渗V试样外层厚度分别为14.8和5.2μm。
为进一步确认渗层组成，对界面缝隙两侧材料进行成分线扫描分析与两侧成分点分析。图3所示为处理后试样表面与基体界面两侧元素分布线扫描结果，其中图3a为渗硼层，图3b为渗钒层样品。图3a、3b上层所示为扫描选定区域，分别从图中黄线所示位置由左向右探测元素含量。如图3a所示，随着扫描方向由基体向外层涂层方向，B元素含量在外层和基体结合处急剧升高，外层结构含B量明显高于基体侧，这表明图2所观察外层为渗B层，同时，C元素的含量在渗硼层和基体的交界处明显增加，表明扩散渗之后在此处形成了一个富碳区。而V元素的线分布出现同样规律，在界面处发生改变，外层V含量明显高于基体侧，而Fe接近基体时含量突增，说明外层为渗V层。值得注意的是，C在靠近基体时含量偏高，这一结果与Aghaie-Khafri等观察一致[23-24]。为进一步确定涂层组分，对渗层及其邻近基体组织进行成分点分析，结果如表1所示。由表1可知，2Cr13基体主要由Fe、Cr、C、Mn、Si元素组成，其中Cr含量高达11.14%，保证不锈钢基体的良好抗腐蚀能力。而C的高比例则来源于制样过程中的污染以及一起测量精度所致。渗层元素分析结果显示，渗B与渗V层主要元素为Fe、Cr、B与V。Fe与Cr为原金属基体元素，表明基体和覆层间存在一定程度的相互扩散,这种状况有利于强化界面的结合[16]，涂层与基体形成了冶金结合。B、V则来源于渗剂加热过程中向基体内部的扩散。渗B层中B元素比例为29.7%，显著高于渗V层中的12.31%，其原因在于B原子体积远小于V原子，因而，B原子可以更多地固溶在不锈钢内部晶体中。同时，更小的体积也使得B原子在原金属中扩散速度更快，很好解释渗B层厚度远大于渗V层厚度。当然，渗钒层厚度较小的另一个原因在于C原子与Cr的稳定结合阻碍渗钒层的形成[25]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]2Cr13不锈钢的硼碳共渗及其摩擦学性能[J]. 黄朝军,梁文萍,缪强,李阳,易锦伟,丁铮. 热处理. 2019(06)
[2]氮对2Cr13马氏体不锈钢耐腐蚀性能的影响[J]. 李堃,杨吉春,何耀宇,张文怀,杨全海. 内蒙古科技大学学报. 2017(01)
[3]LD钢TD盐浴渗钒组织和性能研究[J]. 万伟,罗军明,黄俊. 热加工工艺. 2016(16)
[4]TD处理制备的VC涂层XPS谱与EDS面扫描分析（英文）[J]. 孔德军,王进春,郭皓元. 稀有金属材料与工程. 2016(02)
[5]不锈钢技术及其发展[J]. 陈礼斌,高永春. 河北冶金. 2011(03)
[6]经过热处理不锈钢方丝的摩擦力[J]. 张敏,侯录,徐实谦. 中国组织工程研究与临床康复. 2010(12)
[7]2Cr13钢的调质处理[J]. 曹三书,孙雪辉. 热处理. 2010(01)
[8]不同基体材料TD法盐浴渗钒层的组织及硬度[J]. 刘秀娟,王华昌. 材料热处理学报. 2010(01)
[9]TD处理中基体成分对覆层影响的热力学分析[J]. 刘秀娟,王华昌,李东伟,吴彦西. 材料热处理学报. 2006(04)
[10]高压脉冲电场对全蛋液杀菌的研究[J]. 周媛,陈中,杨严俊. 食品与发酵工业. 2006(05)
硕士论文
[1]驱动机构用高强高韧马氏体不锈钢耐磨性能研究[D]. 张志锋.燕山大学 2018
[2]链式打蛋机反求设计与样机试验[D]. 黄店升.华中农业大学 2015
[3]316不锈钢表面等离子渗B、Mo-B共渗及其摩擦磨损性能的研究[D]. 尹研.太原理工大学 2015
本文编号：3401894
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