氮化处理对Fe-Ni基合金涂层/Mn13钢组织与性能影响的研究

摘要

本文针对高锰钢在低应力条件下耐磨性不足的缺点，同时在高应力冲击下保持较好的强韧性，开展了高锰钢表面等离子熔覆 Fe-Ni基合金涂层的探索，研究了高锰钢表面等离子熔覆 Fe-Ni 基合金涂层后，Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料分布进行固溶处理、固溶和时效处理、固溶和离子氮化等工艺后组织与性能的演变，探明离子氮化Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料组织与性能的影响，为后续在高锰钢表面制备出能够承受高低应冲击金属基耐磨涂层提供参考。　　试验结果表明：熔覆后 Fe-Ni基合金涂层组织为板条状马氏体和少量残余奥氏体，热影响区为魏氏体组织，基体组织由奥氏体和少量珠光体组成。Fe-Ni 基合金涂层/高锰钢材料在820℃固溶1小时后的涂层组织为板条状马氏体及极少量的奥氏体；热影响区组织转变为粒状贝氏体和针状铁素体组织，固溶后基体组织大部分为奥氏体，以及极少量的珠光体，晶粒均有所细化。Fe-Ni 基合金涂层/高锰钢材料在固溶后，再经300℃~400℃时效4小时后，熔覆层组织主要仍为板条状马氏体组织，主要相组成有α -Fe，Co3Fe7以及铁镍化合物，析出强化相为FeCo和少量Ni3Mo与Mo0.25 Ni0.75；500℃时效后，熔覆层析出的Ni3Mo显著增加，并有Ni3Ti析出。600℃时效后，Ni3Mo 有所减少，Ni3Ti强化相消失，并有少量Fe2Mo相产生。Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料在 820℃固溶后进行500℃的4小时离子氮化处理后，所得渗氮层厚度约为100μ m，渗氮层呈粒状氮化物颗粒，渗氮层相组成主要有Fe2Ni2N以及FexNy等强化相；渗氮层以下部分Fe-Ni合金涂层和基体的组织与经过固溶和时效处理的试样相近。　　摩擦磨损试验表明，常温下高锰钢基体的摩擦系数在0.9左右，磨损量达20mg。Fe-Ni基合金涂层常温下摩擦系数为0.75，磨损量为11.2mg，固溶后摩擦系数为0.68，磨损量为10.1mg，磨损系数与磨损量均有所减小。Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料在固溶后，再经 300℃~600℃时效 4 小时后，熔覆层摩擦系数和磨损量均随温度先减小后增大，在 500℃时效时摩擦系数达到时效后的最低值为 0.5，磨损量为 6.1mg，耐磨性能得到很大提升。Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料在820℃固溶后进行500℃的4小时离子氮化处理后，熔覆层摩擦系数为0.4，磨损量为5.3mg，相比固溶和时效后的试件耐磨性提高非常显著。　　基体有150.33J/cm2的冲击韧性值，其冲击试样断口形貌由许多大而深的韧窝组成，存在较多撕棱，为典型的韧性断裂。熔覆后Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料试件冲击韧性值仅为71.52J/cm2，固溶后冲击韧性值为80.22 J/cm2，时效温度在300℃～500℃时,随温度升高，冲击韧性随之显著提升，500℃时冲击韧性达到130.04J/cm2，随着温度再度升高，Fe-Ni基合金涂层/高锰钢材料冲击韧性下降。500℃时效的同时进行渗氮后，试件冲击韧性为92 J/cm2，与500℃时效后的试样，其冲击韧性有所下降。　　综上所述，Fe-Ni 基合金涂层/高锰钢材料在固溶后，进行离子渗氮工艺处理，可显著提高Fe-Ni基合金涂层的硬度和耐磨性，而冲击韧性略有降低。

目录

第一个书签之前