304不锈钢表面等离子渗硼高温摩擦磨损性能的研究

摘要

奥氏体不锈钢具有良好的加工性、光洁亮丽的外观，优异的耐腐蚀性和强韧性，被广泛应用于要求机械性能良好的设备和工件上，如海洋、宇航、军工、化工、能源、日常生活用品等方面。工件工作时表面会承受力的作用，但304奥氏体不锈钢表面硬度低，承载力弱，易产生严重的粘着磨损，由其制成的零件易在表面或者从表面开始发生失效，阻碍304奥氏体不锈钢的进一步应用。为了提高零件在服役期间的可靠性，单纯依靠改变材料整体的性能难度高，耗费大，因此，表面改性技术开始被人们研究和应用。双辉等离子合金化技术能够在材料表面制备出性能良好的改性层，明显提高材料表面的硬度和耐磨性。本文利用双辉等离子表面渗B技术，在304不锈钢表面制备渗硼层，提高304不锈钢室温及高温下的耐磨性。
　　通过对渗硼层的表面形貌、截面形貌、成分分布、相结构、表面硬度、室温及高温摩擦磨损性能的分析，得出如下结论:
　　(1)经过双辉等离子渗硼处理后，304不锈钢改性层表面较基体试样粗糙。硼化层厚度随工艺温度升高和保温时间的延长逐渐增加，材料表面硬度也随之显著提高。当工艺温度为1000℃，保温3 h时，表面形成成分呈梯度分布的硼化层，渗层厚度为18.2μm，表面硬度为1556 HV0.2，约为基体试样的7.5倍。硼化层主要由FeCrB、Fe2B、FeB和(FeNi)3B相组成。
　　(2)在室温和高温干摩擦条件下，随着渗硼工艺温度的升高和保温时间的延长，304不锈钢的耐磨性呈递增趋势，其原因是渗硼层提高了基材表面硬度和抗高温氧化能力。渗硼试样的耐磨性提高的程度表现为600℃＞300℃＞室温，这主要是由于高温下硼化层的抗高温氧化性表现得更为明显。
　　(3)高温磨损环境(600℃)下，基体试样的主要磨损机制是严重粘着磨损伴随着严重的氧化磨损，渗硼试样的磨损机理转变为磨粒磨损、轻微的粘着磨损和氧化磨损，氧化程度较基体试样轻得多。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 奥氏体不锈钢概述

1．2．1 奥氏体不锈钢的定义及分类

1．2．2 奥氏体不锈钢的特点

1．2．3 奥氏体不锈钢的应用

1．2．4 奥氏体不锈钢的研究现状

1．3 渗硼技术概述

1．3．1 渗硼的概念

1．3．2 传统渗硼方法

1．3．3 钢的渗硼层的特点

1．4 双辉等离子表面改性技术

1．4．1 等离子体

1．4．2 双辉等离子合金化技术

1．4．3 双辉等离子合金化技术的应用现状

1．4．4 双辉等离子渗硼的特点

1．4．5 双辉等离子渗硼的研究成果

1．5 课题的提出

1．5．1 选题目的和意义

1．5．2 主要研究内容

第二章 304不锈钢等离子渗硼工艺研究

2．1 实验材料

2．1．1 试样材料

2．1．2 源极材料

2．2 实验设备与操作过程

2．2．1 实验设备

2．2．2 实验操作过程

2．3 影响改性层的主要工艺参数

2．3．1 极间距的影响

2．3．2 源极电压的影响

2．3．3 工件电压的影响

2．3．4 气压的影响

2．3．5 温度的影响

2．3．6 保温时间的影响

2．3．7 工艺参数的选择

第三章 304不锈钢表面渗硼层的制备与表征

3．1 改性层检测仪器与表征方法

3．2 渗硼改性层的表征

3．2．1 改性层的表面形貌

3．2．2 渗硼改性层的截面形貌

3．2．3 改性层的成分分布

3．2．4 改性层的相组成分

3．2．5 改性层硬度分析

3．3 小结

第四章 304不锈钢表面渗硼层室温摩擦磨损性能的研究

4．1 材料的摩擦磨损

4．1．1 摩擦的定义及分类

4．1．2 磨损分类及其基本原理

4．1．3 比磨损率的计算

4．1．4 摩擦磨损实验

4．2 渗硼工艺对304不锈钢室温磨损性能的影响

4．2．1 渗硼工艺温度的影响

4．2．2 渗硼保温时间的影响

4．2．3 试样渗硼前后室温环境磨损机理分析

4．3 小结

第五章 304不锈钢表面渗硼层高温摩擦磨损性能的研究

5．1 渗硼工艺对304不锈钢300℃环境摩擦磨损性能的影响

5．1．1 渗硼工艺温度的影响

5．1．2 渗硼保温时间的影响

5．1．3 试样渗硼前后300℃环境的磨损机理分析

5．2 渗硼工艺对304不锈钢600℃摩擦磨损性能的影响

5．2．1 渗硼工艺温度的影响

5．2．2 渗硼保温时间的影响

5．2．3 试样渗硼前后600℃环境的磨损机理分析

5．3 不同渗硼工艺试样在室温、300℃和600℃环境耐磨性对比

5．4 小结

第六章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及科研成果