鋼表面鉻、硼、碳三元鑄滲層的組織和硬度

研究了不同鑄滲工藝對鑄鋼件表面鑄滲硅復(fù)合層厚度和質(zhì)量的影響。采用掃描電子顯微鏡(sem)、x射線能譜(eds)及顯微硬度儀等分析手段,闡述了該鑄鋼件表面鑄滲硅復(fù)合層的微觀成分、組織及性能特點(diǎn)。結(jié)果表明,鋼水的澆注溫度為1560℃左右時(shí),鑄鋼件表面可以得到厚度為0·5~3·3mm且表面質(zhì)量較好的復(fù)合層。另外滲硅層與母材鑄鋼的界面為結(jié)合牢固的鋸齒型冶金結(jié)合狀態(tài)。

用掃描電子顯微鏡(sem)、x射線能譜(eds)及顯微硬度儀等分析手段,對比分析了硅鐵、結(jié)晶硅對鑄鋼件表面滲硅復(fù)合層厚度、微區(qū)成分、組織、性能的影響。結(jié)果表明,在合適的鑄滲工藝方法下,用硅鐵做鑄滲劑可以在鑄鋼件表面得到厚度為2.1～3.3mm表面質(zhì)量較好的鑄滲硅復(fù)合層,在此復(fù)合層中存有顯微硬度高達(dá)1025hv的片狀共晶型析出物,并且復(fù)合層與母材鑄鋼的界面為結(jié)合牢固的鋸齒型冶金結(jié)合狀態(tài)。而用結(jié)晶硅做鑄滲劑得到鑄滲硅復(fù)合層與母材鑄鋼的界面僅為機(jī)械結(jié)合狀態(tài)。

為了滿足工況條件對表面功能材料在高溫、摩擦和激冷激熱等方面的要求,采用負(fù)壓鑄滲法在鑄鐵表面制備了ni/wc復(fù)合滲層,觀察了滲層與基體結(jié)合形貌,研究了滲層的熱疲勞性能。結(jié)果表明:在熱循環(huán)過程中,滲層與基體表面出現(xiàn)了不同程度的氧化現(xiàn)象,裂紋開始出現(xiàn)的熱循環(huán)次數(shù)隨著滲層中wc含量的增加而增加,表面復(fù)合滲層最終剝落破損的熱循環(huán)次數(shù)隨著wc含量的增加呈先增加后減少的趨勢。

針對鑄鐵鍍鋅容器鋅液腐蝕失效的問題,開展了鑄鐵熔鑄滲硼表面合金化的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:在鑄鐵表面可獲得2.1～2.4mm的滲硼層,滲硼層主要由feb、feb2及奧氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)物組成;滲硼試樣的腐蝕失重率為普通鑄鐵試樣的1/8～1/4。滲硼層中的feb、fe2b與鋅液的浸潤性、反應(yīng)性差是腐蝕失重率大幅降低的原因。應(yīng)用考核表明,鍍鋅容器采用熔鑄滲硼工藝后,使用壽命可提高8倍。

通過兩次利用理想二元合金熔體的偏析因子,并考慮兩個(gè)因子間的相互作用關(guān)系來計(jì)算三元合金的表面張力。針對cu-fe-ni三元熔體,將其與熱力學(xué)計(jì)算值比較,得到一個(gè)簡單的模型,該模型能夠便利、可靠地預(yù)測不同溫度下、不同成分的cu-fe-ni三元體系的表面張力。

在采用涂覆法使中碳鋼鑄件表面鑄滲鉻、硼和碳,形成硬度較高的合金化層的基礎(chǔ)上,再在滲劑中分別添加一定量銅和稀土元素,來研究銅和稀土對鑄滲層組織和性能的影響。實(shí)驗(yàn)證明,加入銅或稀土元素的滲層表面質(zhì)量得到了明顯的改善,滲層硬度提高,并且,晶粒細(xì)化的效果比較突出。

分析測試h13鋼表面鍍鉻層的表面形貌與結(jié)構(gòu)、粗糙度、顯微硬度、厚度、電化學(xué)阻抗及極化曲線,研究了h13鋼基體表面粗糙度r_a對其表面鍍鉻層結(jié)構(gòu)與性能的影響。結(jié)果表明:電鍍時(shí)間小于30min時(shí),隨著r_a的增加,鍍鉻層晶粒尺寸減小,堆積趨于稀疏;電鍍30min后,不同r_a的鍍鉻層晶粒尺寸及分布基本相同;電鍍60min后,隨著r_a的增加,鍍鉻層晶粒的尺寸明顯增大;當(dāng)r_a值小于0.504μm時(shí),(200)面為鉻晶粒的優(yōu)勢生長面,當(dāng)r_a值為0.504μm時(shí),(211)面為鉻晶粒的優(yōu)勢生長面;隨電鍍時(shí)間的增加,鍍鉻層的厚度和顯微硬度逐漸增大;當(dāng)電鍍時(shí)間相同時(shí),隨著r_a的減少,鍍鉻層的厚度減少,顯微硬度增加,鍍鉻層的耐蝕性逐漸提高。

利用傳統(tǒng)的溶劑工藝在低碳鋼表面熱浸鍍鋅。采用x射線衍射儀和掃描電鏡研究了低碳鋼熱浸鍍鋅層的顯微組織及相組成。結(jié)果表明,熱浸鍍鋅層的組織由基體向表面依次為γ(fe5zn21)相、1δ(fezn7)相、ζ(fezn13)相和η(zn)相;鍍層最表層出現(xiàn)異常的γ相,而1δ相合金層存在η相;與基體結(jié)合處的γ相呈白亮的線狀,靠近表面則呈齒狀;鍍層不同部位的塊狀1δ相的致密度不同,遠(yuǎn)離基體處比較疏松;棒狀ζ相分散在η相中。

對碳鋼表面共滲金屬的特點(diǎn)和方法及國內(nèi)外共滲金屬的研究進(jìn)展情況作了簡要介紹。介紹了鋁鉬共滲鋼的抗高溫硫、環(huán)烷酸的性能和鋁鈦共滲鋼的耐濕硫化氫腐蝕的性能以及兩者的焊接性能,闡述了共滲鋼的工業(yè)應(yīng)用情況和應(yīng)用范圍。并對共滲鋼未來的推廣應(yīng)用作了展望。

將wc和cr-fe粉末混合并壓制成大粒度的復(fù)合顆粒,涂覆于鑄型型腔中,然后澆注45鋼液進(jìn)行鑄滲實(shí)驗(yàn),并對鑄滲層的厚度、組成及鑄滲機(jī)制進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,采用復(fù)合顆粒鑄滲法得到比普通鑄滲法更厚的且無缺陷的鑄滲復(fù)合層,該復(fù)合層由熔合層和釬焊層組成。鑄滲機(jī)制為高溫金屬液先滲入復(fù)合大顆粒間的通道,將顆粒包圍,然后滲入復(fù)合顆粒中小顆粒的間隙,最后凝固結(jié)晶,形成鑄滲復(fù)合層。

鐵基合金熔敷層可提高鋼鐵等基體的耐磨、耐蝕等性能。采用高頻感應(yīng)熔敷工藝在45鋼基體表面制備了fe60(高鉻鑄鐵型)鐵基熔敷層,通過金相顯微鏡、掃描電鏡(sem)、能譜儀、顯微硬度計(jì)、x射線衍射儀(xrd)研究了熔敷層的形貌、成分、相結(jié)構(gòu)、硬度、耐蝕性。結(jié)果表明:熔敷層致密,厚1.8mm,與基體呈冶金結(jié)合,由馬氏體相c0.14fe1.86、殘余奧氏體相cfe15.1、硬質(zhì)相cr7c3和金屬化合物fe5si3等組成,硬度分布較為均勻,耐4%硝酸酒精腐蝕的性能優(yōu)于基體。

利用化學(xué)鍍方法在水曲柳單板表面沉積ni-cu-p三元合金,考察鍍液ph值和施鍍溫度對鍍后單板電磁屏蔽效能的影響,利用x-射線衍射(xrd)和能譜(eds)分析各鍍層的組織結(jié)構(gòu)和成分含量,采用掃描電鏡(sem)觀察鍍后單板的表面形貌。結(jié)果表明:鍍液的ph值在8.5～9.5范圍內(nèi),所得各鍍層均為微晶態(tài),但cu和p的含量有所差異。鍍液的ph值為9.25時(shí),鍍后單板的電磁屏蔽效能在9khz～1.5ghz頻段達(dá)50db,鍍層中cu和p的含量分別為9.73%和1.70%;鍍液的ph值恒定,施鍍溫度由60℃升高至72℃,所得鍍層均為微晶鍍層,其中63℃施鍍單板的電磁屏蔽效能最高。掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),木材表面完全被均勻、致密、連續(xù)的鍍層覆蓋,具有顯著的金屬光澤。

采用負(fù)壓鑄滲的方法,以q235鋼為母材制備碳化硅顆粒增強(qiáng)鋼基表面復(fù)合材料。研究碳化硅粒度對復(fù)合效果的影響。通過試驗(yàn)與分析表明碳化硅的粒度對碳化硅鋼基表面復(fù)合材料的復(fù)合質(zhì)量有很大的影響,且碳化硅粒度在350￣850μm時(shí)可在鋼表面形成結(jié)合良好的復(fù)合層。

研究45鋼在乙醇胺電解液中實(shí)現(xiàn)以滲碳為主的碳氮共滲,獲得以高碳馬氏體和含氮馬氏體為主的表面改性層,使其硬度達(dá)到480hv,為基體的1.5倍.結(jié)果表明:45鋼進(jìn)行液相等離子體碳氮共滲依賴于原子(離子)的吸附和擴(kuò)散效應(yīng).弧光放電的電離過程產(chǎn)生的大量活性碳、氮原子(離子)被吸附到工件表面,同時(shí)弧光放電等離子體對工件的不斷轟擊使工件表面迅速進(jìn)入奧氏體化的高溫區(qū)間,致使吸附于工件表面的碳、氮原子(離子)通過熱擴(kuò)散效應(yīng)滲入基體并向內(nèi)擴(kuò)散.

利用om和sem觀察分析了等離子束微熔處理后的硬化層組織,結(jié)果表明,其硬化層分為熔化區(qū)和固態(tài)相變區(qū),熔化區(qū)組織為細(xì)小的共晶萊氏體+少量未溶石墨,而固態(tài)相變區(qū)組織為針狀馬氏體+殘余奧氏體+片狀石墨+含硼碳化物和磷共晶的復(fù)合組織。顯微硬度分布測試結(jié)果表明,隨著掃描速度的增大,硬化層深度和寬度減小,顯微硬度減小。在熔化區(qū)域內(nèi)無明顯的硬度梯度,顯微硬度一般為850～1000hv0.1,而在固態(tài)相變區(qū)中,存在著較大的硬度梯度,且熔化區(qū)和相變區(qū)之間有一軟化帶。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),在固態(tài)相變淬硬區(qū)底部存在著過渡區(qū)。磨損實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該材料經(jīng)微熔硬化處理后其耐磨性提高了約2倍。

用雙輝等離子滲鉻技術(shù),進(jìn)行了880～900℃溫度下的碳素工具鋼表面滲鉻硬化研究,分析了滲鉻硬化層的顯微組織和相結(jié)構(gòu),測量了滲鉻硬化層的厚度、硬度及鉻濃度分布,并對滲鉻硬化層進(jìn)行了劃痕檢驗(yàn)。結(jié)果表明,在880～900℃溫度下,對碳素工具鋼進(jìn)行雙輝等離子滲鉻也可得到良好的滲鉻硬化層;滲鉻硬化層由沉積層、碳化物層和固溶體層構(gòu)成。

采用金相顯微鏡、掃描電鏡觀察顯微組織,x射線衍射分析相組成,并測定洛氏硬度、沖擊韌度及耐磨性,研究了w(w)量對高鉻鑄鐵組織及性能的影響。結(jié)果表明:含鎢高鉻鑄鐵的鑄態(tài)組織為馬氏體+奧氏體+碳化物;w在碳化物和基體中均勻分布,w(w)量為1%時(shí),高鉻鑄鐵硬度為58.75hrc,沖擊韌度為11.18j/cm~2;w(w)量達(dá)到3%時(shí),高鉻鑄鐵沖擊韌度明顯下降;w(w)量在0~3%范圍內(nèi)漸增時(shí),隨著w(w)量的增加,耐磨性不斷提高。

介紹了低碳低硅鋼sae1008b表面結(jié)疤的類型,分析了結(jié)疤產(chǎn)生的原因,認(rèn)為鑄坯表面質(zhì)量缺陷是造成鋼材表面結(jié)疤的主要原因。通過調(diào)整鋼中含氧量,降低鋼水氧化性,控制脫氧產(chǎn)物優(yōu)化煉鋼工序控制;改進(jìn)連鑄機(jī)保護(hù)澆鑄,同時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)爐、連鑄工藝,確保中包恒拉速生產(chǎn)模式,以及調(diào)整結(jié)晶器水流量等措施,減少了低碳低硅鋼鑄坯結(jié)疤、夾雜、皮下氣泡、縮孔等表面質(zhì)量問題,大幅度減少了低碳低硅鋼材表面結(jié)疤現(xiàn)象。

本文應(yīng)用＂固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論＂從價(jià)電子層次分析了滲硼層硼化物feb、fe_2b的結(jié)構(gòu)特征,并使用bld（鍵距差法）計(jì)算了feb、fe_2b的n′α及e′α值,經(jīng)過分析解釋了feb及fe_2b的脆性原因,以及滲硼過程中組織形成fe_2b和feb的電子層次機(jī)理。

本文應(yīng)用＂固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論＂從價(jià)電子層次分析了滲硼層硼化物feb、fe_2b的結(jié)構(gòu)特征,并使用bld（鍵距差法）計(jì)算了feb、fe_2b的n′α及e′α值,經(jīng)過分析解釋了feb及fe_2b的脆性原因,以及滲硼過程中組織形成fe_2b和feb的電子層次機(jī)理。

本文采用熱化學(xué)反應(yīng)熱噴涂技術(shù)在q235鋼表面成功制備添加了坡縷石的三元硼化物(mo2feb)2陶瓷覆層,研究了涂層的組織和耐磨性,以及添加坡縷石對三元硼化物陶瓷涂層耐磨性的影響。

對釬頭胎體表面滲硼方法和工藝進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，給出了有關(guān)工藝參數(shù)與方法。它對提高硬質(zhì)合金釬頭胎體表面和耐磨性，延長釬頭的使用壽命具有積極的意義。