熱作模具鋼H13表面納米化加低溫滲硼復(fù)合處理的研究.pdf

1、為了提高熱作模具鋼H13的性能，延長模具的使用壽命，本課題對其在表面機械研磨(SMA)處理的基礎(chǔ)上，采用不同方法的滲硼工藝(固體滲硼以及等離子滲硼)，在表面產(chǎn)生一層硬度極高的滲硼層。著重研究了SMA處理對后續(xù)滲硼的影響。通過掃描電子顯微分析技術(shù)(SEM)、透射電子顯微分析技術(shù)(TEM)、顯微硬度試驗和熱穩(wěn)定性試驗，對SMA處理后變形層的厚度，晶粒尺寸，截面硬度梯度以及熱穩(wěn)定性能進行了較詳細的分析；同時應(yīng)用輝光放電發(fā)射光譜技術(shù)(GDOS)

2、、X射線衍射分析技術(shù)(XRD)、顯微金相技術(shù)及SEM技術(shù)分別對H13鋼滲硼后的元素逐層分布情況、表層相組成以及滲層厚度進行了探討。此外還對SMA處理前后固體滲硼動力學(xué)進行了研究，算出了兩種情況下的滲硼激活能，得到了不同的滲硼溫度、時間同滲層厚度之間的關(guān)系式。最終提出了表面納米化之后實施低溫滲硼的新型工藝。研究的結(jié)果如下所示： 1．SMA處理40min后，表面發(fā)生了嚴重的塑性變形，形成大約10gm厚的變形層，該層晶粒發(fā)生明顯的細化

3、，平均尺寸為8nm，達到納米級。 2．表面納米層的硬度達到Hv730，并且硬度梯度曲線比較平緩，與基體有著良好的結(jié)合力。 3．在520℃以及700℃保溫后，雖然納米晶粒發(fā)生明顯長大。但在等離子滲硼的處理條件700℃×3h下，平均晶粒尺寸仍然保持在60nm左右，具有較好的熱穩(wěn)定性。 4．滲硼后得到的滲硼層由表面的硼化物層和次表面硼的擴散層組成，其中硼化物層呈鋸齒狀。 5．預(yù)先表面納米化處理可以大大提高滲硼的

4、效率。 6．對于固體滲硼，表面納米化之后在700℃×8h的條件下便可以看到鋸齒狀的Fe<,2>B相，滲硼層厚度約為9μm；而在高溫下，表面納米化后的滲硼層也要明顯厚于原始表面，其中的硼化物都是Fe<,2>B相。 7．表面納米化顯著提高了滲硼驅(qū)動力，固體滲硼的激活能由原先的213.92kJ/mol降低至144.83kJ/mol。 8．對于等離子滲硼，在650℃×3h處理后，納米化表面便有Fe2B相出現(xiàn)，次表面為擴散