冷作模具钢表面TD法盐浴渗钒工艺及应用研究

摘要

模具是大批量生产各种制品的重要工艺装备，直接影响制品的质量和经济效益。模具失效的主要原因之一是由于模具材料表面性能不足而引起的磨损失效。表面强化技术作为提高模具使用性能和使用寿命的一种重要手段，在模具工业中占有十分重要的地位，得到了国内外的广泛重视，研究先进的表面改性技术对提高模具使用寿命，节约成本，提高生产效率有着十分重要的意义。丰田扩散处理(TD)法盐浴渗钒是盐浴渗金属技术的一种，具有工艺稳定，处理效果好和价格低廉的特点，在冷作模具和零件的表面强化中应用广泛。TD法盐浴渗钒所形成的碳化钒覆层与基体结合力强于PVD、CVD等涂覆层的结合力，而且覆层在常温下具有良好的稳定性和优异的抗磨损能力。在国外已经成为一项较成熟的技术并广泛应用。但该法在国内由于存在诸多技术难点，如盐浴寿命低、设备腐蚀严重、工件变形大以及表面粘盐清理困难，对其工艺、覆层成分和组织结构以及覆层的形成机理的研究尚不够充分等，因而制约了其推广应用。
　　 本文在确定碳化钒覆层盐浴配方、碳化钒覆层工艺参数及工艺流程的基础上，采用OP、SEM/EDS、XRD等研究了盐浴渗钒层的组织结构;应用显微硬度仪测定了覆层的显微硬度;采用摩擦磨损试验机测试了覆层的耐磨性能，结合磨损表面形貌观察，讨论了覆层的磨损机理。同时，从热力学和动力学角度分析了覆层的形成机理。本文的主要结论如下:
　　 1.处理温度升高显著提高渗钒层的生长速率，在处理时间相同的前提下，渗钒层厚度随处理温度近似呈线性增长关系。在处理温度相同时，碳化钒覆层增长速率随着时间延长而逐渐变小。
　　 2.一定范围内工艺条件的变化不影响覆层的相组成，均由VC型碳化物组成，沿覆层厚度方向从界面到表面的碳、钒浓度仅有轻微的变化。
　　 3.覆层硬度随着基体硬度和覆层厚度的增加呈现递增趋势，覆层的显微硬度沿覆层厚度方向从外表面向基体方向有逐步升高的趋势而且在界面处存在突变。
　　 4.碳化钒覆层可大幅度提高钢的耐磨性和耐腐蚀性能，其磨损机理主要为疲劳剥落磨损。
　　 5.采用研发的工艺可获得厚度均匀、致密、完整、显微硬度极高且和基体的结合良好的覆层。

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摘要

第一章 绪论

引言

1．1 常用模具表面强化方法

1．2 模具钢表面渗金属强化技术概述

1．3 TD法盐浴渗钒的研究现状

1．4 TD处理覆层性能及其应用

1．5 TD法盐浴渗钒的基本过程及渗层生长基本规律

1．6 金属表面状况及前处理

1．7 稀土元素在表面处理中的应用

1．8 本文研究的主要内容及目的和意义

第二章 TD法渗钒盐浴配方的研究

引言

2．1 试验设备

2．2 试验材料

2．3 试验方法

2．4 试验结果与分析

2．5 本章小结

第三章 TD法盐浴渗钒的工艺研究

引言

3．1 TD处理对基体的要求

3．2 试验步骤与方法

3．3 试验结果与分析

3．4 工艺的常见问题分析

3．5 本章小结

第四章 TD法盐浴渗钒层的组织结构和性能

引言

4．1 试验方法

4．2 测试与分析方法

4．3 覆层的成分分析

4．4 覆层的结构分析

4．5 覆层的硬度

4．6 覆层的耐磨性

4．7 耐蚀性试验与分析

4．8 本章小结

第五章 TD法盐浴渗钒层的形成机理

引言

5．1 TD法盐浴渗钒的热力学研究

5．2 碳化钒覆层生长的动力学研究

5．3 基体成分对覆层影响的热力学分析

5．4 本章小结

第六章 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录一：在校期间发表学术论文情况

附录二：致谢