強(qiáng)流脈沖電子束40CrNiMo7鋼表面改性實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、強(qiáng)流脈沖電子束(HCPEB)是一種新型的荷電粒子束技術(shù)，在近些年來得到迅速發(fā)展。使用強(qiáng)流脈沖電子束處理材料時(shí)，工件表層(10-5～10-6m)產(chǎn)生快速加熱（109 K/s）和冷卻(107～108 K/s)過程，熱影響區(qū)范圍內(nèi)的元素分布、應(yīng)力狀態(tài)和顯微組織發(fā)生顯著變化，生成亞穩(wěn)相、超細(xì)晶和高密度缺陷等非平衡結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)的表面改性效果。
　　本文利用HOPE-I型強(qiáng)流脈沖電子束裝置對(duì)40CrNiMo7鋼進(jìn)行表面直接改

2、性和表面合金化處理。通過金相顯微鏡、X射線衍射(XRD)、電子探針(EPMA)、顯微硬度及摩擦磨損等測(cè)試方法，研究HCPEB改性40CrNiMo7鋼的表層顯微組織、元素分布以及表面性能的變化規(guī)律。
　　經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束輻照處理后，40CrNiMo7鋼表面形成火山坑形貌，原始表層中鐵素體和珠光體相的熱物理性能（熱熔和熱導(dǎo)率等）差異是導(dǎo)致熔體噴發(fā)的主要原因。使用相同的加速電壓進(jìn)行處理時(shí)，熔坑數(shù)量隨脈沖次數(shù)的增加而減少。XRD分析表明，

3、HCPEB改性40CrNiMo7鋼表層生成馬氏體和奧氏體相的混合組織。截面顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，表面重熔層晶粒細(xì)小且結(jié)構(gòu)致密，厚度～7-8μm。HCPEB改性樣品的表面顯微硬度有大幅度提高，由原始表面的313 HK升至800 HK以上。其中，使用6次脈沖處理樣品的表面耐磨性提高最為明顯，磨損率較原始樣品減少約36％。
　　考察強(qiáng)流脈沖電子束表面合金化工藝，發(fā)現(xiàn)預(yù)涂碳后進(jìn)行HCPEB合金化處理的40CrNiMo7鋼表面仍然會(huì)形成熔坑。重

4、熔層平均厚度～7μm，對(duì)應(yīng)原始珠光體組織的重熔層厚度較鐵素體處要深～2μm。改性層主要由鐵素體、馬氏體和奧氏體相組成。在原始表面直接進(jìn)行HCPEB合金化處理時(shí)，表面增碳效果不明顯。經(jīng)過10次HCPEB脈沖預(yù)處理再涂碳進(jìn)行HCPEB合金化處理樣品的γ-Fe衍射峰明顯增強(qiáng)，電子探針線分析結(jié)果表明，此時(shí)表面重熔層中碳含量較鐵素體增加78％，實(shí)現(xiàn)了表面合金化的目的。HCPEB合金化處理40CrNiMo7樣品的表面平均顯微硬度較原始試樣顯微硬度(