H13钢低温等离子体渗硼层的热熔损性能

研究喷丸预处理的H13钢低温等离子体渗硼试样的耐铝合金热熔损的性能.结果表明,经喷丸预处理的H13钢试样在590℃等离子渗硼2 h后,表面获得高硬度的硼化物层,其硬度值达10 GPa,厚度约为2 μm.通过动态热熔损实验,发现低温渗硼试样耐铝合金热熔损性能明显优于原始试样,并且当熔损时间较短时其耐热熔损效果尤其突出.     

H13钢经不同表面处理后的静态抗铝热熔损性能比较

将经过蒸汽氧化、离子渗氮和渗硼等不同表面处理的H13钢试样浸入铝液进行静态熔损试验，探索并建立了一套熔损评定方法一即用试样质量损失的方法评定熔损情况。对铁铝界面进行了显微观察和能谱分析。结果表明，在相同试验条件下熔损后，铁铝界面组织颜色自深至浅依次为：深色的H13钢基体、深灰色致密金属问化合物层、浅灰色致密金属问化合物层、含游离金属间化合物的铝层以及附着的铝。离子渗氮试样和渗硼试样的热熔质量损失要比氧化试样更少，显示了更好的热熔损抗力。     

交流电场增强45钢中低温粉末法渗硼特性

通过在粉末法渗硼过程中施加交流电场,对45钢进行中低温粉末法渗硼,研究交流电场增强中低温粉末法渗硼特性.结果表明,位于交流电场平行电极间不同位置处试样渗硼效果一致.施加适当的交流电场,可显著增加中低温(450~800℃)下的渗硼速度,硼化物层厚度与渗硼温度呈线性关系.交流电场增强渗硼渗层的形貌与常规渗硼的相似,呈锯齿状垂直楔入基体,其厚度与渗硼时间关系曲线呈抛物线型.采用交流电场易于获得单一Fe2B相渗层.在800℃渗硼时,交流电场增强渗硼的硼化物层厚度随电场电流增加而增加.交流电场的促渗作用是电场强化试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及提高渗罐内的实际温度等的综合结果.     

H13钢两段固体渗硼动力学及其高温耐磨损性能的研究

将高能喷丸预处理与固体渗硼相结合,对H13钢进行了两段固体渗硼处理。采用SEM观察试样渗硼层微观形貌,利用XRD对渗硼后的试样进行物相分析,并对未渗硼和两段固体渗硼的试样进行高温摩擦磨损试验。结果表明,高能喷丸使试样表层获得了纳米级晶粒,抛光态试样和高能喷丸预处理试样两段固体渗硼后均得到Fe_2B单相渗硼层;相比于抛光态试样,高能喷丸预处理试样两段固体渗硼层的厚度增加约30%,表层硬度提高约100 HV0.1,扩散激活能降低了33 kJ/mol。与未渗硼试样相比,抛光态试样和高能喷丸预处理试样两段固体渗硼后高温磨损率分别降低了25%和41%,渗硼层在高温下高的硬度以及良好的抗氧化性能,显著地提高了H13钢的高温耐磨损性能。     

45钢直流电场增强粉末法渗硼层相结构与性能

在粉末渗剂和45钢试样上施加4 A电流的直流电场,于800℃进行直流电场增强渗硼。以X射线衍射、光学显微观察和显微硬度测试等手段,分析位于电场不同位置试样渗硼层的相结构、显微组织、厚度与及显微硬度分布。结果表明:电场渗硼的渗层组织形态基本与常规渗硼的一致,以锯齿状楔入基体,但其相结构、显微硬度分布、厚度等与试样位置有关;朝正极面的渗层一般由Fe B和Fe2B两相组成,渗层较厚且较硬;朝负极面的渗层主要由Fe2B组成,随渗硼时间延长Fe B先增加,后减少至消失;渗硼时间等于及超过2 h,渗层下出现明显的过渡区;渗层厚度与保温时间关系曲线呈抛物线特征。从直流电场对渗剂化学反应、含硼活性基团在气氛中的扩散及硼在试样内扩散的影响等方面进行了分析。     

H13钢等离子低温渗硼的研究

为了提高热作模具钢H13的性能,延长模具的使用寿命,对表面纳米化后的热作模具钢H13,在远低于传统渗硼温度的600℃下实施等离子低温渗硼试验.结果表明:表面纳米化后的H13钢在600℃和4～8h的渗硼处理后,表面确实形成了6～10μm厚度的渗硼层,且具有约为16GPa的极高硬度;4～8h的不同渗硼时间,对渗硼层厚度,成分含量及形貌结构变化有影响,实验证明了表面纳米化处理对低温渗硼层的形成起到必要和良好的促进作用.     

固体渗硼对AISI H13钢耐磨和耐蚀性能的影响

研究了固体渗硼的时间和温度对AISI H13工具钢耐磨和耐蚀性能的影响。将900℃和1 000℃固体渗硼2 h和4 h的渗硼试样和未渗硼试样进行无磨料固定球的微量磨损试验,耐蚀性能则通过0.1 mol HCl溶液中进行的动电位极化试验测定。渗硼试样中均形成了高硬度的渗层,钢的成分对渗层的硬度、厚度、渗层/基体界面的形貌和形成相等特性均有影响。对于合金元素含量比碳钢高的AISI H13钢,所形成的渗层硬度较高,渗层较薄,渗层/基体界面较平坦。在上述工艺条件下获得的渗层中,均发现有Fe_2B、FeB和CrB等硼化物。渗硼试样的耐磨和耐蚀性能得到了显著的改善,且在1 000℃渗硼的效果最佳。     

18CrNiMo7-6钢渗碳—渗硼层的组织和硬度

对18CrNiMo7-6钢试样分别进行了这样的处理:940℃渗硼5 h,油淬和低温回火;先渗碳至0.5 mm,然后940℃渗硼5 h,油淬和低温回火。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计检测了试样渗层的显微组织和硬度,以揭示预渗碳对18CrNiMo7-6钢渗硼的影响。结果表明,单一渗硼的18CrNiMo7-6钢试样渗层厚度为135μm,表面硬度为1 680 HV0.2;而经渗碳-渗硼的18CrNiMo7-6钢试样渗层厚度为150μm,表面硬度为1 710 HV0.2。两种试样的渗层均主要由Fe_2B相和少量FeB相组成。此外,渗碳-渗硼试样的过渡区宽度达1 600μm,远大于单一渗硼试样的过渡区宽度,从而显著改善了硼化物层的承载性能。     

超声冲击对65Mn钢渗铬层摩擦磨损性能的影响

目的 提高65Mn钢的固体粉末渗铬层厚度和耐磨性能。方法 对65Mn钢进行超声冲击（UI）和固体粉末渗铬（SPC）相结合的复合工艺处理。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱仪（EDS）,研究UI+SPC复合工艺处理后65Mn渗铬层的物相结构、厚度及元素分布。通过显微维氏硬度计、摩擦磨损试验机研究渗铬层的显微硬度和摩擦磨损性能。结果 SPC处理试样的渗层厚度约为45μm,UI+SPC复合工艺处理试样的渗层厚度约为58μm,相比SPC试样,渗层厚度提高了13μm。渗铬层表面均匀致密,主要相组成为（Cr,Fe）₂₃C₆、（Cr,Fe）₇C₆、Cr₂C。UI+SPC试样渗层表面硬度达1659HV,约为基体表面硬度的6倍,且硬度从表面至心部呈梯度下降。UI+SPC试样表面渗铬层具有较好的耐磨性能,平均摩擦系数为0.170,磨损量约为基材的1/4,其主要磨损机理为粘着磨损和氧化磨损,伴随着磨粒磨损。结论 UI可有效提高SPC工艺的Cr原子扩散性能,提高渗...     

表面机械研磨处理后H13钢的等离子渗硼研究

为了提高热作模具钢H13的性能,延长模具的使用寿命,本试验将表面机械研磨(SMA)处理与等离子渗硼相结合.通过显微金相技术、扫描电子显微分析技术(SEM)、X射线衍射分析技术(XRD)以及辉光放电发射光谱技术(GDOS)分别对H13钢渗硼后的渗层厚度、表面相组成以及元素逐层分布情况进行了探讨.研究结果表明在650℃×3h等离子渗硼处理后,纳米化表面便有Fe2B相出现,次表面为扩散层,总渗入深度为30μm左右;在700℃×3h条件下,出现了Fe2B和FeB的双相组织.而对于原始表面,在650℃×3h处理后表面没有任何硼化物出现,只产生了一定的扩散层.最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺.     

TC4钛合金低温固体稀土-硼共渗

研究了TC4钛合金在950℃低温(β转变温度以下)下进行固体稀土-硼共渗的渗层形貌、物相组成、组织性能及基体相变。结果表明,低温稀土-硼共渗,可使TC4钛合金表面获得实用的渗硼硬化层,由TiB2和TiB双相化合物组成。同1050℃高温稀土-硼共渗相比,低温渗硼层致密均匀无孔洞,而且硬度梯度和脆性得到进一步改善。低温渗硼后TC4基体为等轴组织,性能良好,能有效地防止高温(β转变温度以上)时β相形成粗晶。低温渗硼有效地改善渗层的性能,减小工件畸变。     

2205双相不锈钢包埋粉末渗硼性能研究

目的 提高2205双相不锈钢的硬度和耐蚀性能.方法 2205双相不锈钢采用固体包埋粉末渗硼,于马沸炉中分别在830、860、890℃下保温5 h;在860℃下保温3、5、7 h,随炉冷却到室温.用金相显微镜、扫描电镜观察渗硼层的形貌和测定渗硼层的厚度,用维氏硬度计测定渗硼层的硬度,用纳米压痕仪测定渗硼层不同深度的硬度,用X射线衍射仪分析渗硼层的物相组成,评定渗硼层与基体的结合力,做不同介质下耐蚀性对比试验.结果 渗硼层与基体结合牢固,破坏等级评为一级,渗硼层主要由Fe2 B单相组成.在860℃下保温不同时间,渗硼层的厚度及硬度均随时间的增长而逐渐增大;在不同温度下保温5 h时,渗硼层的厚度及硬度随温度的升高而逐渐增大.渗硼后试样在质量分数都为10%的HCl和NaCl溶液中耐蚀性提高,在质量分数均为10%的H2 SO4、NaOH和HNO3溶液中耐蚀性变差.结论 固体粉末包埋法渗硼工艺改善了2205双相不锈钢的表面组织和性能,有效提高了其硬度及耐蚀性.     

AISI 410钢膏剂渗硼工艺渗层的组织与性能

通过膏剂渗硼工艺对AISI 410钢进行表面强化,分析了渗硼层的组织形貌,并测试了其硬度、耐磨损性能以及耐腐蚀性能。结果表明,渗硼层主要由FeB、Fe₂B相组成,渗硼层/母材的结合界面较平坦;渗硼层外渗区硬度达1400 HV0.5以上,内渗区硬度达1100 HV0.5以上;渗硼处理后试样表面摩擦因数和截面磨痕面积显著减小,耐磨损性能得到改善;在电化学腐蚀试验中,渗硼试样自腐蚀电位大于母材试样、自腐蚀电流密度小于母材试样,说明渗硼处理降低了AISI 410钢表面的腐蚀倾向,其表面耐蚀性得到提高。     

稀土催渗下的45钢固体渗硼工艺研究

采用固体粉末渗硼法对45钢基体表面进行稀土催渗下的渗硼实验.通过金相和X射线衍射研究了渗硼后的物相组成和组织演变,讨论了渗硼过程中的硼化物形成动力学和稀土催渗硼机理.结果表明,45钢在稀土-硼共渗下可形成连续单一的Fe2B相硼化物;渗硼层组织致密,硼化物齿呈现直长而细密地垂直楔入基体的形貌特征,与基体牢固结合;稀土能对渗硼过程起到催渗作用,使渗硼速度加快,渗硼层厚度增加,但存在一个最佳稀土添加量,使渗硼催渗效果最好;稀土催渗作用是稀土对渗硼渗剂产生催化作用和对基体表面活化作用的综合结果;硼化物形成动力学符合抛物线规律,随渗硼时间延长,渗层厚度先快速增加,后缓慢增加.     

表面机械研磨处理后H13钢的等离子渗硼研究

为了提高热作模具钢H13的性能，延长模具的使用寿命，本试验将表面机械研磨（SMA）处理与等离子渗硼相结合。通过显微金相技术、扫描电子显微分析技术（SEM）、X射线衍射分析技术（XRD）以及辉光放电发射光谱技术（GDOS）分别对H13钢渗硼后的渗层厚度、表面相组成以及元素逐层分布情况进行了探讨。研究结果表明在650℃×3h等离子渗硼处理后，纳米化表面便有F02B相出现，次表面为扩散层，总渗入深度为30μm左右；在700℃×3h条件下，出现了F02B和FeB的双相组织。而对于原始表面，在650℃×3h处理后表面没有任何硼化物出现，只产生了一定的扩散层。最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺。     

2Cr13不锈钢的硼碳共渗及其摩擦学性能

为了提高2Cr13不锈钢的的摩擦学性能,对其进行了950℃保温10 h的固体硼碳共渗,渗剂系自制,成分为5%碳化硼、20%无水硼砂(作供硼剂),15%木炭(作供碳剂),3%氯化铵和2%氟硼酸钾(作活化剂),10%石墨和40%碳化硅(作填充剂),以及5%氧化钇(作催渗剂)。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)检测了渗层的表面和截面形貌、微观结构和相组成;对经过和未经过硼碳共渗的2Cr13钢进行了纳米压痕试验,在330 g、530 g和730 g载荷下进行了摩擦磨损试验,以揭示硼碳共渗层的摩擦学性能及其磨损机制。结果表明:硼碳共渗层的厚度约为156μm,主要由FeB、Fe_2B、Fe_3C和CrB相构成,表面硬度达1 572 HV0.1,约为基体的6倍高;共渗层弹性模量约为265 GPa,表面粗糙度约为0.126μm。不同载荷的摩擦磨损试验表明,经硼碳共渗的钢的摩擦因数、磨损体积和比磨损率均显著小于未经共渗处理的钢。在以730 g载荷摩擦磨损试验的情况下,未经硼碳共渗的2Cr13钢的磨损机制为磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损,而经硼碳共渗的钢则主要为磨粒磨损和氧化磨损。     

H13钢QPQ处理工艺及耐磨性

目的研究540℃氮化温度下,QPQ处理对H13钢耐磨性的影响并选出最优氮化时间。方法通过SEM、EDS、XRD分别测试了H13钢QPQ处理后渗层微观组织形貌、成分分布以及物相组成。采用HVS-1000显微硬度计、MFFT-R4000高速往复摩擦磨损试验,分别对H13钢基体与540℃下不同氮化时间QPQ处理试样的渗层厚度、硬度分布、耐磨性进行了分析研究。结果 QPQ处理后,H13钢由表面向心部依次形成均匀致密的Fe_3O_4氧化膜、高硬度的ε-Fe_3N和CrN化合物层、α-Fe和Cr_2N稳定扩散层。N原子均匀分布于渗层内部。显微硬度沿截面均呈良好梯度分布。在540℃×4 h氮化工艺下,渗层次表层硬度达到最大值(1173HV0.1),是基体(498HV0.1)的2.4倍左右,磨损量仅为基体的1/13。H13钢磨损表面存在严重犁沟效应与大量磨屑,表现为典型的磨粒磨损伴随少量粘着磨损。而QPQ处理试样磨损表面仅存在少量浅显划痕,并伴随轻微结疤状凹坑,为粘着磨损。结论经QPQ处理,H13钢的耐磨性得到了显著提高,其中氮化工艺为540℃×4 h时所得的性能最优。     

有表面机械磨损处理辅助的合金钢强化渗硼动力学

用表面机械磨损处理(SMAT)在AISI H13钢上制备一层纳米结构的表面层。研究了这种SMAT试样的渗硼性能和粗晶粒对应物的比较。SMAT试样的硼扩散深度在600℃,2 h渗硼后的峰值是8μm,比粗晶粒试样深得多。在SMAT试样上用600℃接着更高温度的双重渗硼处理能合成厚得多的渗硼层。而且SMAT试样的活化能是1403 kJ/mol,比粗晶粒的209.4 kJ/mol低得多。结果表明,用双重渗硼处理的SMAT试样能明显增强渗硼动力学。而且热疲劳试验表明,具有优良抗氧化性和高温机械强度的渗硼层能有效延迟热疲劳裂纹的萌生,阻碍它们的传播。所以经双重渗硼处理的H13钢的热疲劳性能可以大大提升。     

TC4钛合金硼碳共渗层的组织和性能研究

通过在900℃进行固体渗碳10 h,后于950℃(低于β转变温度)在由供硼剂B_4C和无水Na_2B_4O_7、催化剂氧化镧以及一定量石墨组成的介质中进行固体渗硼12 h,在TC4钛合金试样表面制备了硼碳共渗层。检测了渗层的形貌、相组成、亲水性、硬度和耐摩擦磨损性能。结果表明,渗层由TiB_2、TiB和TiC三相组成,外层以TiB_2为主,表面较光亮、光滑和平整,粗糙度R_a为0.216,结构与多孔陶瓷类似,硬度约为2 637 HV0.1,亲水性良好;次表层以TiB为主,硬度约为1 600 HV0.1;内层以TiC为主,硬度约为802 HV0.1。渗层韧性良好,且与基体金属结合牢固,耐摩擦磨损性能明显优于基体。     

H13钢渗硼层热疲劳性能的研究

采用Uddeholm自约束热疲劳试验方法,运用扫描电镜、X射线衍射分析技术及X射线应力测试仪等,研究了H13钢渗硼层在3000周次的热疲劳试验后,渗层形貌和相组成的变化,以及0-3000周次的热循环过程中,表面残余应力的变化,并与未渗硼试样进行对比.分析了渗硼层热疲劳裂纹形成的原因.结果表明,渗硼层所具有的高强度和好的热稳定性,改变了热疲劳裂纹的萌生及扩展的方式和热疲劳裂纹的形貌,提高了H13钢的热疲劳抗力.