球墨鑄鐵等離子束表面改性組織與摩擦磨損性能研究.pdf

1、據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全球工業(yè)化發(fā)達(dá)國(guó)家損耗的能源中高達(dá)30％是以各種形式消耗在摩擦磨損上，占到國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的1％-2％，而工件的的性能和使用壽命與其工作表面狀況有很大的關(guān)聯(lián)。因而開發(fā)耐磨材料早已成為影響當(dāng)代生產(chǎn)的重要因素，也是世界各國(guó)材料領(lǐng)域研究發(fā)展的一大研究熱點(diǎn)。采用高能束（等離子束，激光，電子束）對(duì)金屬材料表面進(jìn)行改性（重熔，熔覆，合金化），以改善材料表面的理化性質(zhì)來增強(qiáng)工件的抗摩擦磨損能力,成為了提高產(chǎn)品質(zhì)量,節(jié)省貴重資源，發(fā)展維修與再

2、制造技術(shù)，延長(zhǎng)機(jī)械產(chǎn)品使用壽命的經(jīng)濟(jì)且有效的途徑。本文以鐵素體基球墨鑄鐵QT450-10為基材，采用高能等離子束對(duì)其進(jìn)行表面重熔和合金化制備高釩高速鋼成分涂層，采用光學(xué)金相顯微鏡（OM）、環(huán)境/場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(E/FSEM)、X射線熒光分析（XRF）、X射線衍射儀(XRD)、顯微硬度計(jì)以及滑動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等測(cè)試分析手段，系統(tǒng)地研究等離子束表面熔凝層和高釩高速鋼表面合金化層對(duì)球鐵材料的組織和性能的影響。
　　首先研究發(fā)現(xiàn)了球鐵經(jīng)等

3、離子表面重熔后橫截面主要由熔凝區(qū)、熱影響區(qū)和基體三部分組成。熔凝層組織為滲碳體、共晶萊氏體、細(xì)小珠光體、馬氏體和部分殘留奧氏體，具有典型的白口鐵的組織特征；熱影響區(qū)出現(xiàn)的萊氏體/隱針馬氏體組成的雙殼組織亦可以提高基體的硬度。重熔層組織的尺寸和枝晶大小隨著等離子束功率密度的增加而增加，過低的掃描速度和過高的主弧電流都會(huì)造成組織的粗大，導(dǎo)致脆性的增加。通過不同的掃描速度和主弧電流重熔試樣，確定最佳工藝參數(shù)為：500 mm/min,90 A。

4、重熔層的顯微硬度在630 HV0.2至818 HV0.2之間浮動(dòng)，是基體硬度的3.15-4.09倍。
　　其次通過高能等離子束對(duì)球墨鑄鐵表面進(jìn)行表面合金化高釩高速鋼涂層，獲得了從表至內(nèi)依次為類高釩高速鋼-白口鐵-球鐵的梯度材料。合金化層具有明顯的金屬色，且平整、無明顯的裂紋和孔洞。等離子合金化后試樣橫截面分為合金化區(qū)（AZ）、熔凝區(qū)（RZ）、熱影響區(qū)（HAZ）和基體（SUB）四部分。合金化區(qū)最高硬度出現(xiàn)在次表層，高達(dá)956.5 H

5、V0.2，是基體的4.78倍。顯微硬度的提高主要?dú)w于復(fù)合碳化物（MC，M7C3，M23C6，馬氏體，合金滲碳體等）的沉淀析出強(qiáng)化，合金元素的固溶強(qiáng)化以及等離子束激冷自淬火導(dǎo)致的細(xì)晶強(qiáng)化。合金層大量彌散分布的MC碳化物呈現(xiàn)團(tuán)球、塊，細(xì)桿狀，表明等離子束合金化高釩高速鋼可以在不損害基體的韌性的條件下顯著提高球鐵表面的硬度。
　　將等離子表面熔凝、表面合金化后的球鐵試樣和Mn13高猛鋼與球鐵基體在在室溫下進(jìn)行干摩擦滑動(dòng)磨損試驗(yàn)，等離子束