輝光等離子鎢鉬釔共滲形成表面稀土高速鋼的研究.pdf

1、冶金高速鋼具有高的硬度、耐磨性和高的紅硬性,成為在工模具方面首選材料之一。但是因其碳化物不均勻、合金元素含量高、價格昂貴等問題,限制了大量使用。表面高速鋼的問世,很好的解決了這些問題,并成為研究的熱點。本研究是在表面高速鋼的基礎上,加入具有我國資源優(yōu)勢的稀土釔,發(fā)揮釔提高硬度、減小摩擦系數(shù)的作用,進一步提高材料耐磨性能。
　　本文利用輝光等離子滲金屬技術,首先在Q235鋼表面進行鎢鉬釔共滲及滲碳,使表面達到冶金高速鋼的成分;然后經(jīng)

2、淬火及回火處理,使表面達到冶金高速鋼性能;最后對表面稀土高速鋼實施了耐磨及紅硬性等性能考核。本文重點進行了:鎢鉬釔共滲層的組織、結構、成分,滲碳層的表面含碳量、碳化物性質、分布、大小、形態(tài)、硬度,淬火溫度對于表面硬度、紅硬性等影響的研究;利用 Fick第二擴散定律和Arrhenius公式,定量計算了釔對滲層中鎢鉬原子擴散的影響;釔對表面稀土高速鋼耐磨性的影響;鎢鉬釔共滲離子氮化層的物相、硬度、耐磨性等的研究。試驗結果如下:
　　(

3、1)本試驗最佳輝光等離子鎢鉬釔共滲工藝為:極間距25mm、氣壓30Pa、保溫時間3h、保溫溫度1000℃,滲層厚度為37μm。鎢鉬在滲層中呈梯度分布,釔分布不均勻,在晶界處偏聚。滲層物相主要為:Fe(W、Mo、Y)、Fe3Mo、Fe17Y2、W、Y等。滲層表面的[W]當量為15.16wt％,滿足冶金高速鋼的[W]當量要求。
　　(2)利用Fick第二擴散定律進行計算,釔使?jié)B層中的鉬原子擴散系數(shù)在離表面12~15μm、24~25μm

4、、35~36μm范圍處的擴散系數(shù),平均提高了1.72、1.85、2.10倍,整個滲層平均增大1.89倍。鎢原子的擴散系數(shù)在相應范圍處降低了0.92、0.99、0.76倍,平均降低了0.89倍。通過Arrhenius公式計算,鉬原子在滲層中距表面12~15μm、24~25μm、35~36μm處的擴散激活能分別降低了5737.72J/mol、6511.72J/mol、7853.38J/mol,鎢原子擴散激活能提高了998.50J/mol、1

5、06.37J/mol、2904.56J/mo,釔原子對鉬原子具有催滲作用,對鎢原子沒有明顯催滲作用。
　　(3)鎢鉬釔共滲及滲碳淬火后,滲層中碳化物呈顆粒狀彌散、均勻分布,碳化物顆粒直徑小于1μm,滲層物相為:Fe2C、W2C、Fe2MoC、MoC、Fe3C、Mo2C、Y2C3;碳化物類型為:M3C、M2C和MC型。對比鎢鉬共滲及滲碳淬火的試樣,前者碳化物較多,說明釔原子有促進碳化物生成作用。
　　(4)隨著滲碳淬火溫度升高

6、,鎢鉬釔共滲和鎢鉬共滲試樣的滲層硬度增加,1020℃時,硬度分別達到最大值:1052 HV0.05、950 HV0.05,且前者比后者擁有更高的紅硬性,600℃時,前者和后者的紅硬性分別達到750HV0.05、650HV0.05。
　　(5)磨粒磨損試驗結果顯示:鎢鉬釔共滲及強化處理(滲碳+淬火+回火,下同)試樣、鎢鉬共滲及強化處理試樣和T10淬火及回火試樣耐磨性依次降低。鎢鉬釔共滲強化處理試樣和 T10鋼淬火及回火試樣的摩擦系數(shù)

7、較鎢鉬共滲處理強化試樣穩(wěn)定。1020℃鎢鉬釔共滲及強化處理試樣平均失重率為0.0014g/min,相對耐磨性分別是T10鋼淬火及回火試樣和鎢鉬共滲強化處理試樣的12.28倍和3.45倍。
　　(6)滑動磨損試驗結果表明:鎢鉬釔共滲及強化處理試樣、鎢鉬共滲及強化處理試樣、6-5-4-2高速鋼淬火及回火試樣、T10鋼淬火及回火試樣的摩擦系數(shù),分別為:0.3012、0.4693、0.3141、0.5653,相對滑動磨損耐磨性分別為:2.