TD盐浴法制备LD钢碳化钒覆层及其摩擦磨损性能研究

摘要

LD钢是一种新型的冷作模具钢，已广泛应用于模具制造业。但是模具钢常处于高应力、高冲击力作用下易被磨损，模具使用寿命不高，对其进行表面强化可以有效提高表面硬度和耐磨性。在众多表面强化方法中TD盐浴法具有设备简单、强化效果好等优点，故TD法已成为提高模具耐磨性的有效途径。本文通过对LD冷作模具钢进行TD盐浴法制备碳化钒涂层，探究了渗钒工艺对渗钒层组织、物相及性能的影响，并探讨渗钒层形成机制；研究不同磨损试验条件下渗钒层的摩擦磨损行为和磨损机制。同时研究稀土添加量对渗钒层组织和性能的影响。
　　研究结果表明：盐浴最佳基础配方为：78 Na2B4O7+8 V2O5+4 Al+10 NaF， wt.％；不同温度、时间工艺下制备得到的渗钒层物相均为 VCx相，覆层厚度和显微硬度随渗钒温度的升高而增加，覆层厚度和显微硬度值随TD盐浴渗钒处理时间增长而增加。LD钢最佳渗钒工艺为950℃×8 h，该工艺下得到的渗钒层厚度约为6.1μm，显微硬度值约为1975 HV，约为原始试样显微硬度值的2.63倍。950℃时渗层的生长动力学曲线满足类抛物线形方程l2.632=13.657t，形成的碳化钒晶粒为等轴晶粒。
　　随着载荷和滑动速度的增加，渗钒试样和原始试样的摩擦系数均逐渐降低，在8.2 N载荷下，渗钒后试样的磨损体积约为原始试样磨损体积的1/10~1/9。在不同滑动速度条件下，渗钒试样的体积磨损量均约为原始试样体积磨损量的1/8~1/7，故LD钢经TD盐浴渗钒处理后，耐磨性得到了有效提高。渗钒层磨损机制主要为疲劳磨损和粘着磨损。
　　950℃×8h TD盐浴稀土渗钒工艺中稀土最佳添加量为4%，其渗层厚度和硬度分别为7.5μm和2235 HV，与普通渗钒相比，分别提高了29.3%和22.8%。此外，添加4%稀土后渗层表面晶粒尺寸约为0.32μm，未添加稀土渗钒层表面晶粒尺寸约为0.57μm，故添加稀土后具有明显的细化晶粒作用。

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第1章 绪论

1.1 气相沉积技术

1.2 表面形变强化

1.3 离子注入强化技术

1.4 激光表面处理技术

1.5 电火花表面强化技术

1.6 热扩渗技术

1.7 TD技术

1.8 论文研究的意义及主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验材料

2.2 实验过程及装置

2.3 组织结构分析

2.4 性能测试方法

2.5 实验仪器及设备

第3章 TD渗钒工艺对渗钒层组织和性能影响

3.1 盐浴成分

3.2 TD渗钒温度对渗钒层组织和性能的影响

3.3 TD渗钒时间对渗钒层组织和性能的影响

3.4 本章小结

第4章 渗钒层形成机制

4.1 渗钒层生长热力学

4.2渗钒层生长动力学

4.3 渗钒层晶粒生长机制

4.4 本章小结

第5章 渗钒层摩擦磨损性能研究

5.1摩擦磨损性能评价指标

5.2 载荷对摩擦磨损性能影响

5.3 滑动速度对摩擦磨损性能影响

5.4 渗钒层磨损机制研究

5.5 本章小结

第6章 稀土添加量对渗钒层组织和性能影响

6.1 稀土添加量对渗钒层组织影响

6.2 稀土添加量对渗钒层物相影响

6.3 稀土添加量对渗钒层表面晶粒影响

6.4 稀土添加量对渗钒层硬度影响

6.5 稀土对渗钒层生长动力学影响

6.6 本章小结

结论

参考文献

论文发表情况

致谢

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