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AerMet100钢等离子体稀土氮碳研究

作　者: 秦思
导　师: 闫牧夫
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料学
关键词: AerMet100钢稀土氮碳共渗相结构显微硬度耐磨性
分类号: TG156.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文对AerMet100钢进行了等离子体稀土氮碳共渗工艺的初步探索,并揭示了不同工艺条件对共渗层表面的组织结构、显微硬度和耐磨性能的影响规律。通过对AerMet100钢在不同温度下进行等离子体稀土氮碳共渗动力学研究,可获得厚度在40μm至145μm之间的共渗层,且随着共渗温度的升高、共渗时间的延长而增厚;同时共渗层表面硬度最高可达1029HV,随着共渗温度的升高、共渗时间的延长而降低。在400°C~460°C范围AerMet100钢氮碳共渗的基体硬度也得到了提高,相比原始态最多可提高180HV。通过渗层的金相组织观察和显微硬度测试可知,在等离子体稀土氮碳共渗中稀土的添加量存在较佳值。本试验中,在400°C、430°C、460°C和500°C下对AerMet100钢进行氮碳共渗得到的较佳稀土添加量分别为0.1RE,0.025 RE,0.1 RE和0.1RE。气氛中氮氢流量对渗层性能也有一定影响。460°C共渗时,渗层硬度随气氛中氮含量增加先升高后降低,渗层厚度略有下降;500°C共渗时,气氛中氮含量对渗层硬度的影响与460°C一致,但渗层厚度随氮含量的增加先增厚后变薄。XRD分析结果表明,共渗层中的组成相均为γ’-Fe4N相和α’-Fe相,等离子体稀土氮碳共渗工艺参数的改变对渗层的相组成没有影响,但是会影响共渗层中各相的含量和衍射峰的位置。在430°C时,γ’-Fe4N相的含量随稀土添加量的增加先增加后减少;在460°C时,γ’-Fe4N相的含量随稀土添加量的增加基本不变,但随保温时间延长先增加后减少。添加稀土后,渗层中γ’-Fe4N相的(200)晶面发生择优取向,并且其衍射峰强度随工艺参数改变而变化。在430°C时随稀土添加量增多而增强;在460°C时随保温时间的增加先增强后减弱。摩擦磨损性能测试结果表明,等离子体稀土氮碳共渗显著提高了材料表面耐磨性。与原始试样相比,稀土氮碳共渗后,材料表面的摩擦系数略有降低,但其磨损率仅为原始态的1/4-1/3。磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-23
  1.1 引言  9-10
  1.2 超高强度合金钢概况  10-15
    1.2.1 AerMet100 钢发展历程  10-13
    1.2.2 合金元素在马氏体时效钢中的作用  13-14
    1.2.3 AerMet100 钢的应用前景  14-15
  1.3 等离子体氮碳共渗  15-19
    1.3.1 等离子体渗氮  15-18
    1.3.2 等离子体氮碳共渗  18
    1.3.3 合金元素对渗层组织和性能的影响  18-19
  1.4 稀土在热处理中的研究与应用  19-22
  1.5 本文主要研究内容  22-23
第2章试验材料和方法  23-28
  2.1 试验材料  23
    2.1.1 试样成分  23
    2.1.2 试样尺寸  23
    2.1.3 材料的预备热处理  23
  2.2 试验设备及方案  23-27
    2.2.1 试验设备  23-24
    2.2.2 试验方案  24-27
  2.3 试验分析方法  27-28
    2.3.1 组织观察  27
    2.3.2 相成分分析  27
    2.3.3 有效硬化层厚度测量  27
    2.3.4 磨损性能测试  27-28
第3章 AerMet100 钢等离子体稀土氮碳共渗动力学  28-40
  3.1 稀土共渗层的金相观察与显微硬度测试  28-36
    3.1.1 共渗层的金相观察  28-33
    3.1.2 共渗层的显微硬度分布  33-36
  3.2 稀土共渗层增厚动力学与表面相结构演变规律  36-39
    3.2.1 稀土共渗层增厚动力学  36-37
    3.2.2 稀土共渗层表面相结构演变规律  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第4章 AerMet100 钢等离子体稀土氮碳共渗组织结构和性能  40-68
  4.1 不同稀土添加量对共渗层组织结构和性能的影响  40-56
    4.1.1 不同稀土添加量的共渗层金相组织观察  40-44
    4.1.2 不同稀土添加量的共渗层相结构分析及渗层中稀土元素检测  44-49
    4.1.3 不同稀土添加量的共渗层的显微硬度分布  49-52
    4.1.4 不同稀土添加量的共渗层的耐磨性能与磨损形貌观察  52-56
  4.2 氮氢流量对稀土共渗层组织结构和性能的影响  56-63
    4.2.1 不同氮氢流量下的稀土共渗层的金相组织观察  56-58
    4.2.2 不同氮氢流量下的稀土共渗层的表面相结构分析  58-59
    4.2.3 不同氮氢流量下的稀土共渗层的显微硬度分布  59-60
    4.2.4 不同氮氢流量下的稀土共渗层的耐磨性与磨损形貌观察  60-63
  4.3 温度对稀土共渗层表面相结构和性能的影响  63-67
    4.3.1 不同温度下的稀土共渗层表面相结构分析  63-64
    4.3.2 不同温度下稀土共渗层中的显微硬度分布  64-65
    4.3.3 不同温度下稀土共渗层的耐磨性和磨损形貌观察  65-67
  4.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-75
致谢  75

AerMet100钢等离子体稀土氮碳研究

内容摘要

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