强流脉冲电子束作用下40Cr表面性能的研究

摘要

经脉冲电子束处理后的材料表面得到净化,表层晶粒细化,综合性能得到提升。但经电子束处理的材料表面会出现熔坑形貌,对表面粗糙度有显著影响。齿轮的精度加工等级规定在7级精度齿面粗糙度要求为1.6μm,齿根粗糙度要求为3.2μm,因此不同精度等级的零件在经过电子束照射后,表面粗糙度的变化趋势成为影响其是否合格的重要指标,所以开展这方面的研究对更好地认识 HCPEB工作机理,改性效果以及应用前景至关重要。　　本课题源自国家自然科学基金资助项目“齿轮表面非晶化工艺与性能研究”(编号:50775229)、重庆市自然科学基金重点项目“模具表面电子束加工工艺及性能研究”(编号:2008BA3014)的一部分。课题主要目的是研究不同初始表面状态下的常用齿轮材料40Cr,经强流脉冲电子束改性后,材料表面形貌及性能随脉冲电子束加工工艺参数的变化趋势。主要工作内容包括:　　(1)利用ANSYS有限元软件对脉冲电子束表面改性过程进行温度场数值模拟分析。模拟分析材料表面改性过程中温度场分布、开始熔化时间、熔化层厚度以及热影响区范围。　　(2)强流脉冲电子束处理不同表面粗糙度的40Cr试样,分别利用体式显微镜、金相显微镜和扫描电镜,对原始和不同电子束照射次数下的试样表面组织结构进行观察分析,从而得出在不同初始条件下电子束对材料表面组织结构的影响。　　(3)电子束处理不同表面粗糙度的40Cr试样,对比分析试样表面性能,如表面粗糙度、表面显微硬度的变化,从而得出在不同初始条件下电子束对材料表面性能的影响。　　(4)电子束照射不同表面粗糙度40Cr试样,分别对其进行极化腐蚀实验,分析不同照射次数下极化腐蚀曲线的变化,通过自腐蚀电位以及腐蚀电流的变化,得出强流脉冲电子束对40Cr材料耐蚀性能的影响。　　(5)对比原始与不同电子束照射次数下的试样,进行摩擦磨损实验,分析实验结果,从试样的截面硬度、磨痕形貌、磨损体积、摩擦系数变化趋势确定脉冲电子束表面对40Cr耐磨性能的影响。　　本文对不同表面粗糙度的齿轮常用材料40Cr进行脉冲电子束表面改性处理,总结随照射次数增加,材料表面形貌及性能的变化规律,为电子束加工工艺在齿轮表面改性领域的应用提供理论依据和实验数据储备。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 金属材料表面改性技术

1.3 电子束表面改性技术

1.4 论文研究内容

第二章 脉冲电子束改性过程温度场模拟分析

2.1 引言

2.2 热传导数学物理模型的建立

2.3 材料参量及处理工艺

2.4 模拟结果与讨论

2.5 本章小结

第三章 强流脉冲电子束处理对40Cr表面微观组织结构的影响

3.1 引言

3.2 实验材料、仪器与方法

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 强流脉冲电子束处理对40Cr表面性能的影响

4.1 引言

4.2 实验材料、仪器与方法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第五章 强流脉冲电子束处理对40Cr耐蚀性能的影响

5.1 引言

5.2 实验材料、仪器与方法

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

第六章 强流脉冲电子束处理对40Cr摩擦磨损性能的影响

6.1 引言

6.2 实验材料、仪器与方法

6.3 实验结果与分析

6.4 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果