学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

模具钢表面渗铝工艺及性能研究

作　者: 邓代玉
导　师: 叶宏
学　校: 重庆理工大学
专　业: 材料学
关键词: H13钢粉末渗铝 CeO2 高温磨损性能热疲劳性能
分类号: TG156.86
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 49次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

H13钢是国际上广泛使用的热作模具钢,主要用于制造各种锻模、热挤压模、铜铝及其合金的热挤压模等。工作时承受较大的冲击载荷,强烈的摩擦,剧烈的冷热交替循环引起的热应力,常出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效形式。因此,采用适当的表面改性技术以增强H13钢的高温耐磨损性能及热疲劳性能有重要的现实意义。本文以H13热作模具钢为研究对象,采用粉末渗铝技术在表面得到具有优异性能的Fe-Al合金层,同时采用添加CeO₂混合粉末进行渗铝以改善渗层质量。通过对不同工艺条件下的组织形貌分析,渗层厚度及硬度的综合评价得出H13热作模具钢粉末渗铝的最佳工艺为:渗铝温度950℃,保温时间5h,NH₄Cl的添加量1%。在最佳工艺下,渗层质量连续致密,单一渗铝厚度最高可达90μm。渗层表层由Fe₃Al,FeAl相组成,内层由FeAl相组成。稀土CeO₂渗铝工艺试验表明,稀土添加量为0.7%时为最佳,此时渗层厚度可达220μm左右。表层主要由Fe3Al,FeAl,Al3Ce相组成,内层由Fe₃Al,FeAl相组成。与H13基体相比,合金化层的硬度有较大提高。硬度的提高主要是合金层中形成大量具有增强效果的Fe3Al,FeAl相;Fe3Al和FeAl金属间化合物相具有较高的高温强度和硬度。对于添加稀土的试样,硬度的提高还在于稀土的细晶强化的作用。在室温下,渗铝试样磨损量要明显低于H13基体,0.7%CeO₂渗铝试样磨损量约为单一渗铝试样的1/10,是H13基体的1/40,耐磨性能显著提高;在300℃,400℃,500℃下的高温磨损实验中,渗铝试样抗高温磨损性明显优于基体。当温度升高时,抗高温磨损性能减弱。热疲劳试验结果表明:经过热循环实验后,H13基体表面形成网状裂纹,渗铝试样表面出现少量的短裂纹,渗铝处理后的试样热疲劳性能可得到明显改善,而加稀土渗铝试样的更加优异。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 前言  10-11
  1.2 H13 热作模具钢表面处理技术新进展  11-14
    1.2.1 PVD 处理技术  11-12
    1.2.2 激光表面处理  12
    1.2.3 离子注入技术  12-13
    1.2.4 化学热处理  13-14
  1.3 渗铝工艺国内外研究现状  14-16
    1.3.1 热浸渗铝技术  14-15
    1.3.2 粉末渗铝技术特点及优势  15-16
  1.4 稀土在渗铝中的应用  16-17
    1.4.1 稀土的催渗机制  17
    1.4.2 稀土元素的微合金化机制  17
  1.5 研究的目的及意义  17-18
  1.6 研究内容  18
  1.7 技术路线  18-20
第二章实验原理及方法  20-27
  2.1 实验原理  20
  2.2 FeAl 合金层形成  20-21
  2.3 实验材料及设备  21-23
    2.3.1 实验材料  21-22
    2.3.2 渗铝剂组成  22
    2.3.3 渗铝实验设备  22
    2.3.4 渗铝实验过程  22-23
  2.4 样品表征  23-24
    2.4.1 光学显微分析  23
    2.4.2 扫描电镜和能谱分析  23
    2.4.3 XRD 物相分析  23-24
  2.5 性能测试  24-27
    2.5.1 硬度测试  24
    2.5.2 耐磨性测试  24-26
    2.5.3 热疲劳性能测试  26-27
第三章 H13 热作模具钢表面渗铝工艺研究  27-42
  3.1 引言  27
  3.2 渗铝工艺参数选取依据  27-30
    3.2.1 影响渗铝层质量的因素  27-29
    3.2.2 工艺参数初步设计  29-30
  3.3 工艺参数对渗铝过程的影响  30-36
    3.3.1 NH4Cl 含量对渗铝层的影响  30-32
    3.3.2 渗铝温度对渗铝层的影响  32-34
    3.3.3 渗铝时间对渗铝层的影响  34-36
  3.4 最优工艺参数  36
  3.5 渗铝层组织结构与成分分析  36-39
    3.5.1 截面组织形貌  36-37
    3.5.2 渗层成分分析  37-39
  3.6 XRD 物相分析  39-40
  3.7 硬度测试  40-41
  3.8 本章小结  41-42
第四章 H13 热作模具钢添加 CeO_2渗铝工艺研究  42-53
  4.1 引言  42
  4.2 实验部分  42-43
  4.3 稀土含量对渗铝层形成的影响  43-50
    4.3.1 渗铝试样表面状况  43
    4.3.2 渗层组织形貌  43-45
    4.3.3 稀土添加量对渗铝层厚度的影响  45-46
    4.3.4 显微组织分析  46-47
    4.3.5 定点成分分析  47-48
    4.3.6 物相结构分析  48-49
    4.3.7 硬度测试  49-50
  4.4 稀土作用机制探讨  50-52
    4.4.1 稀土催渗渗铝过程热力学分析  50-51
    4.4.2 稀土催渗渗铝过程的动力学分析  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章渗层性能测试  53-70
  5.1 磨损性能测试  53-65
    5.1.1 引言  53
    5.1.2 常温摩擦磨损试验  53-57
    5.1.3 高温摩擦磨损实验  57-65
  5.2 热疲劳性能测试  65-69
    5.2.1 引言  65
    5.2.2 热疲劳试验结果  65-67
    5.2.3 热疲劳试验后试样硬度变化  67-68
    5.2.4 热疲劳机理分析  68-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章结论  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-77
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果  77

模具钢表面渗铝工艺及性能研究

内容摘要

全文目录

相似论文