本文關(guān)鍵詞：合金結(jié)構(gòu)鋼稀土滲氮及滲層硬度增強機理研究

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【摘要】：滲氮是常見的合金鋼表面硬度強化熱處理工藝。但是滲氮熱處理時間長、能耗高,已經(jīng)越來越難以滿足節(jié)能減排形勢的需要。近年來,通過在滲氮工藝中添加稀土元素,采用稀土滲氮來提高滲氮速度、減少滲氮時間的熱處理工藝已引起學(xué)術(shù)界和工程界的重視。滲氮實踐表明,采用稀土滲氮不僅能夠加快滲速、降低能耗,而且能夠改善滲層的組織結(jié)構(gòu)和性能,強化滲層表面的硬度和耐磨性。但目前對稀土在滲氮中的催滲和硬度增強機理的研究卻明顯滯后,難以滿足稀土滲氮工藝的實踐需要。本文針對三種常見的合金結(jié)構(gòu)鋼進行稀土滲氮和常規(guī)滲氮對比試驗,從宏觀和微觀兩方面研究探討稀土在滲氮工藝中的催滲和硬度增強機理。采用井式滲氮爐和研制的稀土催滲劑對40CrNiMo、42CrMo和38CrMoAl鋼分別進行常規(guī)滲氮和稀土滲氮試驗。運用金相顯微鏡對試樣滲層顯微組織進行觀察,發(fā)現(xiàn)在放大500倍時,滲層組織并無明顯差異；運用掃描電鏡進行點成分和線掃描濃度分析,檢測稀土元素滲入的位置及其分布,發(fā)現(xiàn)稀土可滲入到鋼表層,且滲入量晶界處大于晶內(nèi)。運用顯微硬度計對試樣進行檢測,同一鋼種的稀土滲氮表面硬度高于常規(guī)滲氮50-150HV,且脆性不增加。通過滲層增厚動力學(xué)分析,得出相同溫度和時間條件下,稀土滲氮可使?jié)B層明顯增厚,滲速提高30～40%。運用透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn),稀土滲入后試樣微觀結(jié)構(gòu)變復(fù)雜,亞結(jié)構(gòu)晶粒變小�；谙」倘荏w和柯氏氣團等理論,稀土在滲氮過程中的催滲作用主要體現(xiàn)在兩個方面,首先稀土鹽催滲劑在爐氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成稀土氫化物(ReH2或ReH3),然后稀土氫化物后被鋼表面吸附發(fā)生界面反應(yīng),生成稀土氮化物(Re[N])。具有活性的Re[N]在極化作用下以稀土氮化物形態(tài),按空位和短路機制等缺陷滲入鋼的表層。滲入的稀土原子與鐵互溶生成稀固溶體,使得Fe點陣產(chǎn)生彈性膨脹畸變,引發(fā)刃性位錯和缺陷密度增殖。氮原子在刃狀位錯處聚集,導(dǎo)致生成柯氏氣團。這一系列作用導(dǎo)致氮原子的擴散系數(shù)D增大、傳遞系數(shù)β增大、表層與晶內(nèi)濃度差增大,使得滲速增加。另外,稀土大原子向工件表面沖擊產(chǎn)生的較大動能,加快了爐氣交換,從而進一步加快了滲氮速率。稀土原子的滲入改變了鋼表層晶粒和晶界結(jié)構(gòu)。對晶粒組織的影響在于引發(fā)的位錯類似于對鋼晶體組織亞結(jié)構(gòu)的切割,使晶粒細化,晶粒亞結(jié)構(gòu)改變,利用霍爾佩奇公式分析強度得出一系列強度疊加效應(yīng),使硬度增強。對晶界結(jié)構(gòu)的影響在于稀土原子沿晶界滲入和擴散,會誘導(dǎo)晶界遷移,使晶界表面突壁和扭折密度發(fā)生變化,使晶界壓縮,限制晶粒的移動,宏觀表現(xiàn)為硬度增加；生成的氣團,使氮原子偏聚區(qū)增多、產(chǎn)生釘扎效應(yīng),減少不良氮化物的生成,同時氣團最終形成氮化物Fe4N為準球狀,細小彌散,不會引起應(yīng)力集中,而會對晶界產(chǎn)生釘扎作用,產(chǎn)生晶界強化作用,導(dǎo)致硬度增強,脆性不變。
【關(guān)鍵詞】：合金結(jié)構(gòu)鋼 稀土滲氮 滲層硬度 催滲與增強機理
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG156.82
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 緒論12-24
• 1.1 課題的來源12
• 1.2 課題研究的目的及意義12-13
• 1.3 滲氮概述13-16
• 1.3.1 滲氮基本原理13-14
• 1.3.2 滲氮層組織及性能14-15
• 1.3.3 氮化種類及特點15-16
• 1.4 稀土化學(xué)熱處理16-18
• 1.4.1 稀土元素及其結(jié)構(gòu)與性能特點16-17
• 1.4.2 稀土催滲和催滲劑的類型及應(yīng)用17-18
• 1.5 稀土催滲技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢18-23
• 1.5.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.5.2 發(fā)展趨勢22-23
• 1.6 研究內(nèi)容及主要工作23-24
• 2 滲氮工藝及試驗方案24-33
• 2.1 試驗材料24-27
• 2.1.1 材料選擇背景24-25
• 2.1.2 材料成分及處理狀態(tài)25
• 2.1.3 試樣加工前處理25-26
• 2.1.4 稀土催滲劑26-27
• 2.2 試驗工藝方案及裝置27-30
• 2.2.1 氮化工藝方案27-28
• 2.2.2 滲氮裝置28-30
• 2.3 分析測試方法30-32
• 2.3.1 顯微硬度測試31
• 2.3.2 金相組織觀察31
• 2.3.3 能譜觀測31-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 滲氮試驗結(jié)果及分析33-43
• 3.1 滲層組織結(jié)構(gòu)分析33-38
• 3.1.1 金相組織觀察結(jié)果33-34
• 3.1.2 掃描電鏡觀察結(jié)果34-38
• 3.2 滲層顯微硬度分布與滲層增厚動力學(xué)38-42
• 3.2.1 滲層顯微硬度分布38-40
• 3.2.2 滲層增厚動力學(xué)40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 4 稀土氮化催滲機理分析43-55
• 4.1 稀土元素在爐氣中的反應(yīng)43-44
• 4.2 稀土元素的表面吸附和界面反應(yīng)44-45
• 4.3 反應(yīng)可行性驗證45-47
• 4.4 稀土元素的擴散機理47
• 4.5 稀土原子對滲氮速度的影響47-54
• 4.5.1 彈性應(yīng)力場與位錯線的生成與作用49-52
• 4.5.2 柯氏氣團的生成與作用52-53
• 4.5.3 稀土原子的動量碰撞及爐氣界面交換53-54
• 4.6 本章小結(jié)54-55
• 5 稀土氮化滲層硬度增強機理分析55-62
• 5.1 稀土元素對晶粒結(jié)構(gòu)的影響56-58
• 5.2 稀土元素對晶界結(jié)構(gòu)的影響58-61
• 5.2.1 大原子擠壓作用59
• 5.2.2 氣團的作用59-61
• 5.3 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻63-66
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文66-67
• 致謝67

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1 吳光治;吳越;;節(jié)能可控滲氮的技術(shù)[J];熱處理技術(shù)與裝備;2009年05期

2 王信化;滲氮層厚度的檢查[J];國外金屬熱處理;1995年04期

3 胡平,蒙繼龍;鋁及鋁合金的等離子體滲氮研究進展[J];金屬熱處理;2000年04期

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5 高美蘭;;滲氮技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J];包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報;2000年01期

6 姜濤,吳徽;等離子體滲氮的氣壓參數(shù)動態(tài)特性研究[J];機床與液壓;2001年06期

7 王麗蓮;滲氮技術(shù)及其進展[J];熱處理;2001年02期

8 周建剛,于明;介質(zhì)阻擋放電常壓氮氣滲氮研究[J];低溫與特氣;2002年02期

9 梁育貴;特殊滲氮[J];金屬熱處理;2002年11期

10 于永泗,趙群,張立文,裴繼斌,王存山;鈦合金激光滲氮層的組織與性能研究[J];金屬熱處理;2003年12期

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1 王麗蓮;;滲氮技術(shù)及其進展[A];首屆中國熱處理活動周論文集[C];2002年

2 朱新河;嚴立;徐久軍;秦艷;高玉周;;常壓等離子體滲氮層組織結(jié)構(gòu)及摩擦學(xué)性能研究[A];第七屆全國摩擦學(xué)大會會議論文集（一）[C];2002年

3 莊玉文;;工件滲氮后變形的工藝研究[A];節(jié)能環(huán)保 和諧發(fā)展——2007中國科協(xié)年會論文集（四）[C];2007年

4 程東;高原;唐光輝;;3Cr13等離子表面滲氮[A];2008年中國機械工程學(xué)會年會暨甘肅省學(xué)術(shù)年會文集[C];2008年

5 王新虎;鄺獻任;李懷仲;秦宏;;油井用滲氮油管斷裂原因分析[A];2007年中國機械工程學(xué)會年會論文集[C];2007年

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9 王琦;;H13、3Cr2W8V模具鋼真空脈沖滲氮層的顯微結(jié)構(gòu)和性能[A];首屆中國熱處理活動周論文集[C];2002年

10 董芝霞;;滲氮齒輪滲層質(zhì)量檢測探討[A];陜西省機械工程學(xué)會理化檢驗分會第九屆年會論文集[C];2013年

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1 王yN雪;中碳低合金鋼滲氮與激光淬火復(fù)合改性層組織與性能[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 程義遠;抽油泵泵筒內(nèi)壁激光/滲氮復(fù)合改性研究[D];中國石油大學(xué);2010年

3 楊劍群;2Cr13鋼滲氮層在真空干滑動與脂潤滑條件下摩擦學(xué)行為[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

4 何歡;低溫等離子體輔助Inconel 690滲氮研究[D];大連理工大學(xué);2004年

5 沈烈;奧氏體不銹鋼形變/滲氮復(fù)合處理工藝及滲氮層結(jié)構(gòu)與性能研究[D];大連海事大學(xué);2013年

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5 房雙強;32Cr3Mo1V鋼調(diào)質(zhì)及氣體滲氮工藝研究[D];重慶理工大學(xué);2015年

6 蔡韜;加工變形對304不銹鋼滲氮行為的影響[D];大連海事大學(xué);2014年

7 趙國強;電脈沖處理對7Mn15Cr2Al3V2WMo鋼固體滲氮影響的研究[D];遼寧工業(yè)大學(xué);2016年

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9 石惠芳;SUS430不銹鋼表面氮化處理形成復(fù)相不銹鋼的組織和性能研究[D];長春工業(yè)大學(xué);2016年

10 王晨晨;38CrMoAl鋼介穩(wěn)態(tài)氣體滲氮的組織與性能[D];山東大學(xué);2016年

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本文編號：1122048