热作模具H13钢铬钒稀土多元共渗层的组织性能研究

摘要

模具是现代工业生产中一种极其重要的工艺设备，对工业生产的重要性不言而喻。伴着模具工业的飞速发展，生产对模具的表面性能所提出的要求也越来越高。作为一种先进的模具表面改性技术，TD(Thermal Diffusion Carbide Coating Process)处理不仅能够很大程度上改良模具表面的综合性能，延长其使用寿命，又因为设备简单、操作方便、环境亲和性好，生产成本低，近些年来被广泛应用。为了综合渗钒层和渗铬层的优点，获得综合性能优良的覆层，本文采取TD盐浴铬钒共渗作为实验研究方法。　　稀土元素电子结构特殊、性质活泼，能加强热处理盐浴活性、促进金属原子渗透且我国稀土储量丰富。为了提高覆层性能，使资源优势转化为技术经济优势，将稀土元素引入TD铬钒共渗处理。本文对TD铬钒稀土多元共渗覆层组织和性能进行研究，分析稀土对铬钒共渗层性能的作用。　　利用金相显微镜、显微硬度测试仪、三维扫描仪、扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）、能谱分析仪（EDS）等仪器，本文对热作模具钢H13（4Cr5MoSiV1）和45钢进行TD铬钒稀土多元共渗并探讨较优的配方及工艺。通过观察所得覆层组织结构、分析物相成分、性能测试，总结稀土元素对覆层性能的影响并分析其原因。从热力学和动力学方面对铬钒稀土多元共渗覆层的形成进行理论讨论。经过试验研究和综合分析，主要得到以下几点结论：　　1.两种材料所得共渗覆层形貌均匀、致密、平整，主要由Cr7C3、Cr23C6、VC三相组成，铬的碳化物主要分布在覆层外层，钒的碳化物主要集中在内层；　　2.得到关于H13钢和45钢的TD铬钒稀土多元共渗的较优配方和工艺：使用配方Na2B4O7+ NaF+3％RE+供钒剂、供铬剂，经960℃×6hTD处理能得到较优综合性能的铬钒稀土多元共渗层，其覆层厚度分别为：5.61μm、8.77μm；硬度分别为：2026HV0.05、2167HV0.05；　　3.在同种工艺下，稀土的添加会增加铬钒共渗层的厚度、硬度，耐磨性和抗高温氧化性能也有大幅提升，并且稀土的加入能增强覆层与基体结合力，提高覆层应用价值；　　4.铬钒共渗层高温氧化腐蚀时，氧化物在表面以棒材状的晶体的方式生长，氧化越严重晶体越大越密集，铬钒稀土多元共渗层经高温氧化，氧化物晶体生长不明显，抗高温氧化性能优秀。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 TD处理概述

1.3 TD处理技术的研究现状

1.4 稀土元素在表面改性中应用现状

1.5 研究内容及意义

1.6 本章小结

第二章 实验方案

2.1 TD处理配方及工艺

2.2 覆层组织性能测试主要实验设备及方法

2.3 本章小结

第三章 TD铬钒稀土多元共渗工艺研究

3.1 盐浴铬钒稀土多元复合共渗配方研究

3.2 盐浴铬钒稀土多元共渗工艺研究

3.3 本章小结

第四章 TD铬钒稀土多元共渗层组织成分和生长机理研究

4.1 覆层形貌

4.2 微观结构和成分分析

4.3 渗层生长机理分析

4.5 本章小结

第五章 铬钒稀土多元共渗层性能测试分析

5.1 覆层耐磨性能测试与分析

5.2 覆层抗高温氧化腐蚀性能测试与分析

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果