鉬-鉻共滲表面低合金高速鋼的形成及其性能研究.pdf

1、高速鋼以其良好的耐磨性、紅硬性、高的塑性和韌性受到工具和模具行業(yè)的重視和應(yīng)用。高速鋼的主要合金元素資源在世界范圍內(nèi)勘定和可取的儲量只夠40～60年使用，加上潛藏的儲量也只夠100年。因此節(jié)約合金元素具有重要的戰(zhàn)略意義，又可節(jié)約鋼材成本。 磨損、腐蝕和斷裂是機(jī)械零部件、工程構(gòu)件的三大主要破壞形式，而且一般均發(fā)生于表面，它們所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大，其中由于磨損、腐蝕導(dǎo)致的機(jī)件失效與相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失占相當(dāng)大的比重。 表面改性技

2、術(shù)是提高材料表面性能的一種重要方法，它是在鋼鐵材料表面形成耐磨合金層，如表面高速鋼或表面時(shí)效高速鋼，由于施行表面合金化處理，因而，材料的合金元素消耗量將大大降低。 雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在前期有關(guān)提高耐磨性研究中，一條主要的思路就是形成表面高速鋼，如鎢鉬表面高速鋼。在試驗(yàn)研究和推廣使用過程中，發(fā)現(xiàn)該表面高速鋼形成的碳化物是以M6C為主，該碳化物穩(wěn)定性好，必須經(jīng)過高溫淬火和高溫回火才能充分發(fā)揮合金元素鎢鉬的作用。但是高溫淬火和高溫

3、回火所帶來的工件變形和對基體組織強(qiáng)度硬度的降低，使得許多工件在進(jìn)行表面處理時(shí)選擇該工藝不太適合。從碳化物形成及穩(wěn)定性考慮，并結(jié)合在實(shí)際使用過程中低溫和不要求紅硬性的生產(chǎn)條件，選擇較鎢鉬表面高速鋼低的淬火溫度就可使碳化物溶入奧氏體中，隨后采用低溫回火，所形成的組織同樣具有表面高硬度、高耐磨性和較好的紅硬性。 本研究課題是利用雙層輝光離子滲金屬技術(shù)在Q235鋼及50鋼表面進(jìn)行Mo-Cr共滲，再進(jìn)行等離子超飽和滲碳，達(dá)到或接近低合金高

4、速鋼的成分，經(jīng)后續(xù)淬火、回火處理，獲得低合金高速鋼的性能。本研究課題著重對鉬鉻低合金高速鋼的形成，與高碳鋼、鎢鉬表面高速鋼、表面強(qiáng)化GCr15鋼進(jìn)行耐磨性對比試驗(yàn)。并首次與鎢鉬表面高速鋼、高鉻高碳鋼進(jìn)行拉伸試驗(yàn)和斷口形貌對比分析。本課題研發(fā)了雙輝技術(shù)另外一條制備表面耐磨材料的新工藝技術(shù)，拓寬了雙輝表面高速鋼的使用范圍。 本研究還針對雙層輝光離子滲金屬過程中電子的分布狀況及能量，采用光譜診斷技術(shù)，對等電位輝光放電中等離子體的電子溫

5、度、電子密度進(jìn)行初步的探索和研究。 本研究課題獲得以下結(jié)果： 1、首次進(jìn)行鋼鐵材料雙層輝光離子滲金屬表面合金化之后的拉伸試驗(yàn)及斷口形貌對比分析研究。 2、在世界領(lǐng)先的雙層輝光離子滲金屬鎢鉬表面高速鋼基礎(chǔ)上，提出鉬鉻低合金高速鋼的又一項(xiàng)新工藝，完善了雙輝耐磨工藝技術(shù)，拓寬了使用范圍，具有廣闊的應(yīng)用前景。 3、Q235鋼經(jīng)Mo-Cr共滲表面復(fù)合強(qiáng)化工藝處理后，表面含Mo量為12wt％左右，含Cr量為4wt％左

6、右。滲層與基體為冶金結(jié)合，滲層中的柱狀晶組織與基體保持著一定的晶體學(xué)位相關(guān)系。 4、Mo-Cr合金層經(jīng)等離子超飽和滲碳，表面含碳量超過平衡碳計(jì)算值，分別達(dá)到1.42wt％和2.26wt％。淬火后，表面硬度最高達(dá)1300HV，并且由表及里逐步下降，呈梯度分布。表面硬度隨回火溫度的升高而降低，但下降速度緩慢。在530℃時(shí)，其硬度仍然高達(dá)911.7HV(67HRC以上)，在690℃仍然有625HV(56HRC)，具有較好的抗回火穩(wěn)定性

7、。 5、Q235鋼經(jīng)Mo-Cr共滲表面復(fù)合強(qiáng)化工藝處理后，碳化物主要類型為Cr23C6、Cr7C3、Mo2C、Mo6C型。 6、Q235鋼經(jīng)Mo-Cr共滲表面復(fù)合強(qiáng)化工藝處理后，其耐磨性與鎢鉬表面高速鋼相當(dāng)，接近冶金高速鋼，且高于高碳鋼。與表面強(qiáng)化GCr15鋼相比，其相對耐磨性ε平均為2.25。 7、經(jīng)不同表面復(fù)合強(qiáng)化工藝處理后，Q235鋼和50鋼的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度均得到大幅度提高。 8、首次對等電位輝