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20钢和5CrNiMo钢表面渗硼后的激光重熔

作　者: 汤光平
导　师: 范洪远；黄文荣
学　校: 四川大学
专　业: 机械工程
关键词: 硼化物齿状结构激光重熔表面脆性耐磨损性能
分类号: TG156.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2003年
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内容摘要

本文对20钢和5CrNiMo钢表面渗硼后进行了激光重熔试验，利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射及性能试验探讨了工艺方案对处理表层深度、微观硬度的影响，研究了激光重熔前后表面脆性、组织结构形态和相组成的变化及原因，以及这些变化与表面抗热震性能和耐磨损性能的联系，并分析了表面脆性的改善途径及对表面性能影响的机理。研究结果表明：（1）通过调整渗硼剂的成份，增加渗剂中B₄C的含量，提高渗剂中的硼势，能够明显提高渗硼层的深度，在20钢和5CrNiMo钢表面获得的渗硼层深度可达到0.16mm—0.25mm，而且渗层内硬度有所提高，均匀性也得到很大的改善。（2）通过试验确定的两种激光工艺都能使渗硼层完全熔化，重熔层微观硬度有所下降，最高硬度由1274 HV_0.2下降到1098 HV_0.2，硬度峰值出现在次表层，而不是在表面，这与表面合金元素的烧损和熔池的冷却过程有关。（3）20钢渗硼后经过激光重熔处理，表层脆性有所降低，相对脆性降低到84.4％—81.6％；对于5CrNiMo钢，激光重熔处理对表层脆性在不同程度上有所改善，激光重熔方案L2（激光功率800W，扫描速度600mm／min，离焦量+7mm，搭接率18％，0.55Mpa氩气保护）的效果更加显著，相对脆性最大降低了71.3％。（4）激光重熔有效延缓了微观裂纹的产生和扩展，从而明显改善20钢和5CrNiMo钢表面的抗热震性能，为延长热作模具的寿命提供了一条新的技术途径。汤光平:金属材料表面渗硼后的激光重熔（5）无论是20钢还是SCrNIMo，激光重熔都能明显地改善渗硼层的抗磨粒磨损性能，使相对耐磨性提高了23%一142%，而20钢表面耐磨性的变化更加明显。渗硼层属于断裂机制占主导地位的磨粒磨损，而激光重熔层则属于以滑动摩擦磨损和疲劳磨损占主导地位的磨粒磨损。两种材料重熔后抗冲击磨损性能在不同程度上都有所提高，20钢的相对耐磨性提高更多。渗硼层和激光重熔层有不同的冲击磨损机制:渗硼层以沿晶脆性断裂和穿晶剥落断裂为主，宏观上表现为摩擦磨损、崩裂和表层剥落，而重熔层只有摩擦磨损。（6）重熔区内，两种材料原有的齿状结构已经完全得到改变，渗硼层内部的疏松、孔洞等缺陷都全部消除。根据细小的组织形态，重熔区内可分为三个区域，组织均为含硼马氏体+F eZB十多元合金相。正是由于激光重熔改变了硼化物的形态、消除了FeB和渗层内的缺陷、改善了界面的结合状态、细化了组织、适当降低表面硬度、提高表面断裂韧性、使硼原子得到重新分布，从而有效降低了表面脆性，并在不同程度上提高了材料表面抗热震能力和耐磨损性能。重熔区内形成的众多合金相的及过渡区获得的马氏体对材料表面强烈的支撑作用也有利于耐磨性能的改善。

全文目录

中文摘要  2-4
英文摘要  4-9
1 绪论  9-28
  1.1 引言  9
  1.2 渗硼技术的概况  9-17
    1.2.1 固体粉末渗硼  10-13
      1.2.1.1 渗硼剂  10-13
      1.2.1.2 渗硼温度和时间  13
    1.2.2 液体渗硼  13-14
    1.2.3 膏剂渗硼  14-15
    1.2.4 真空渗硼  15
    1.2.5 等离子渗硼  15-16
    1.2.6 电子束渗硼和激光渗硼  16
    1.2.7 自蔓延高温渗硼  16-17
  1.3 渗硼层  17-20
    1.3.1 硼化物的基本特性  17-19
    1.3.2 渗硼层的形态  19
    1.3.3 渗硼层的缺陷  19-20
      1.3.3.1 孔洞  19
      1.3.3.2 裂纹  19-20
      1.3.3.3 过烧  20
      1.3.3.4 脆性剥落  20
      1.3.3.5 其它缺陷  20
  1.4 激光重熔技术  20-25
    1.4.1 激光重熔的特点  21-22
    1.4.2 国内激光重熔技术的研究现状  22-25
  1.5 本文的研究目的和意义  25
  1.6 主要内容和技术路线  25-28
2 试验方法  28-37
  2.1 基体材料  28-30
  2.2 试验设备  30-33
  2.3 试样  33-34
  2.4 表面性能试验方法  34-37
    2.4.1 热震试验方法  34
    2.4.2 表层脆性测试方法  34-36
    2.4.3 磨粒磨损试验方法  36
    2.4.4 冲击磨损试验方法  36-37
3 试验结果与分析  37-65
  3.1 渗硼工艺试验  37-39
  3.2 激光重熔工艺试验  39-45
    3.2.1 聚焦后激光束特性参数的测量  39-41
    3.2.2 工艺参数试验  41-43
    3.2.3 重熔区深度和硬度  43-45
  3.3 表层脆性  45-51
    3.3.1 渗硼层的本质属性  49-50
    3.3.2 工艺因素使渗硼层产生脆性  50-51
  3.4 抗热震性能  51-53
  3.5 耐磨损性能  53-58
  3.6 组织结构  58-65
4 结论  65-67
参考文献  67-75
致谢  75-76
附: 攻读工程硕士期间主要的科研、成果及论文发表情况  76-77

20钢和5CrNiMo钢表面渗硼后的激光重熔

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