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M2高速钢高能束流表面改性研究

作　者: 李生志
导　师: 李玉海
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 材料学
关键词: 强流脉冲离子束强流脉冲电子束表面改性显微硬度耐磨耐蚀性
分类号: TG174.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
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内容摘要

为了改善M2高速钢的表面强度和耐磨耐蚀性能,利用强流脉冲离子束(HIPIB)、电子束(HCPEB)对M2高速钢(W6Mo5Cr4V2)进行了表面改性处理,研究了M2高速钢表面改性处理前后表面层微观结构和性能(包括硬度,耐磨性及耐蚀性)的变化,分析了表面处理工艺参数对其改性层形貌、组织结构的影响规律,探讨了相结构变化对性能的影响。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、超微载荷显微硬度计、盐雾腐蚀和摩擦磨损试验机对HIPIB和HCPEB辐照处理前后的M2高速钢表面的相结构、形貌、显微硬度、耐蚀性和耐磨性进行检测分析。结果表明:1.强流脉冲离子束、电子束辐照处理使M2高速钢表面强烈加热又快速冷却,产生表面淬火作用,导致碳化物溶解,马氏体溶碳量增大且晶粒细化或晶格畸变度增大,晶间出现残余奥氏体。辐照还使表面产生宏观残余应力,形成一些弥散分布的火山口状熔坑。随着脉冲次数的增加,在材料表面产生微区光化现象。2.经辐照处理后,在应力压缩波的作用下使M2高速钢表面的显微硬度深度达200～250μm的范围内有所提高,表面滑动摩擦系数降低,耐磨性显著提高。同时,由于残余奥氏体含量的增加,耐腐蚀性能也得到明显改善。3.辐照处理工艺参数对M2高速钢表面重熔层有影响。经辐照处理后,近表面形成1～3μm厚的重熔层,晶粒较细,晶界模糊。随着脉冲次数和束流密度的增加,重熔层的厚度逐渐增加;

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-23
  1.1 高能束流表面改性技术  12-13
  1.2 离子束技术及其在材料改性中的应用  13-17
    1.2.1 强流脉冲离子束研究现状  13-15
    1.2.2 强流脉冲离子束简介  15-16
    1.2.3 强流脉冲离子束与材料的相互作用  16-17
  1.3 电子束技术及其在材料改性中的应用  17-21
    1.3.1 电子束表面改性处理的特点  18-19
    1.3.2 电子束表面改性技术的分类  19-20
    1.3.3 强流脉冲电子束表面改性技术研究发展概况  20-21
  1.4 本课题的创新  21
  1.5 课题的研究内容及技术路线  21-23
第2章实验设备及研究方法  23-35
  2.1 实验材料  23-24
    2.1.1 材料的选择  23
    2.1.2 材料的尺寸与制备  23-24
  2.2 实验设备  24-29
    2.2.1 强流脉冲离子束设备及工艺参数  24-27
    2.2.2 强流脉冲电子束设备及工艺参数  27-29
  2.3 表面层形貌、化学成分和相结构观察  29
  2.4 显微硬度测试  29
  2.5 盐雾腐蚀实验  29-31
  2.6 摩擦磨损试验  31-33
  2.7 X 射线衍射法测量残余应力实验  33-35
第3章 M2 高速钢强流脉冲离子束表面改性研究  35-61
  3.1 HIPIB 辐照对M2 高速钢表面组织、形貌、成分及相结构的影响  35-43
    3.1.1 金相组织观察  35-36
    3.1.2 表面形貌分析  36-39
    3.1.3 成分变化分析  39-41
    3.1.4 相结构变化分析  41-43
  3.2 试样截面形貌分析  43
  3.3 试样表面层显微硬度变化规律及硬化层分析  43-45
  3.4 摩擦磨损性能研究  45-50
    3.4.1 摩擦系数、磨损量及磨损形貌变化分析  45-49
    3.4.2 HIPIB 辐照对金属材料表面耐磨性能的改善机理  49-50
  3.5 耐腐蚀性能研究  50-53
    3.5.1 腐蚀形貌及腐蚀增重量变化分析  50-52
    3.5.2 HIPIB 辐照对金属材料表面耐蚀性能的改善机理  52-53
  3.6 残余应力研究  53-56
    3.6.1 X 射线衍射法测量残余应力的表征  53
    3.6.2 残余应力变化分析  53-56
  3.7 HIPIB 不同工艺参数对M2 高速钢表面重熔层的影响  56-60
    3.7.1 加速电压对M2 高速钢重熔层的影响  57-58
    3.7.2 束流密度对M2 高速钢重熔层的影响  58
    3.7.3 脉冲次数对M2 高速钢重熔层的影响  58-60
  3.8 本章小结  60-61
第4章 M2 高速钢强流脉冲电子束表面改性研究  61-79
  4.1 HCPEB 辐照对M2 高速钢表面组织、形貌、成分及相结构的影响  61-67
    4.1.1 金相组织观察  61-62
    4.1.2 表面形貌分析  62-65
    4.1.3 成分变化分析  65-66
    4.1.4 相结构变化分析  66-67
  4.2 试样截面形貌分析  67-68
  4.3 试样表面层显微硬度变化规律及硬化层分析  68-70
  4.4 摩擦磨损性能研究  70-75
    4.4.1 摩擦系数变化分析  70-73
    4.4.2 磨损量及磨损形貌变化分析  73-75
  4.5 耐腐蚀性能研究  75-77
    4.5.1 腐蚀后试样的表面形貌分析  75-76
    4.5.2 腐蚀后试样重量变化分析  76-77
  4.6 本章小结  77-79
第5章高能束辐照处理对M2 高速钢表面层的影响对比  79-86
  5.1 HIPIB 与HCPEB 对M2 高速钢表面层形貌的影响对比  79-82
    5.1.1 对M2 高速钢表面形貌的影响对比  79-81
    5.1.2 对M2 高速钢截面形貌的影响对比  81-82
  5.2 HIPIB 与HCPEB 对M2 高速钢表面硬化层深度的影响对比  82
  5.3 HIPIB 与HCPEB 对M2 高速钢表面层耐蚀耐磨性能的影响对比  82-85
    5.3.1 对M2 高速钢表面层耐蚀性能的影响对比  82-84
    5.3.2 对M2 高速钢表面层耐磨性能的影响对比  84-85
  5.4 本章小结  85-86
结论  86-87
参考文献  87-94
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  94-95
致谢  95-96
详细摘要  96-111

M2高速钢高能束流表面改性研究

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