鎢鉬鏑表面稀土高速鋼的磨損特性及機理研究.pdf

1、高速鋼具有獨特的紅硬性以及優(yōu)異的耐磨性，可用于制造各種刀具、模具、耐熱耐磨零部件等。但由于高速鋼成分復(fù)雜，生產(chǎn)工藝特殊，價格昂貴，限制了其應(yīng)用。采用雙層輝光等離子滲金屬技術(shù)（以下簡稱雙輝等離子滲金屬技術(shù)），在碳鋼表面滲入鎢、鉬、稀土元素，再經(jīng)過后續(xù)熱處理工藝（滲碳+淬火+回火）可形成近于普通高速鋼合金含量及硬度水平的表面稀土高速鋼層，較大幅度地降低了生產(chǎn)成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本課題對 Q235鋼表面進行雙輝等離子鎢-鉬-

2、鏑三元共滲，通過分析工作氣壓、試樣溫度、保溫時間等工藝參數(shù)對合金滲層厚度的影響，確定出滿足課題研究需要合金滲層厚度的優(yōu)化工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上探討不同后續(xù)熱處理工藝對鎢鉬鏑合金層的成分、微觀組織、硬度、抗回火穩(wěn)定性和紅硬性的的影響。采用 HSR-2M型往復(fù)摩擦磨損試驗機和HT-500型高溫摩擦磨損試驗機對不同淬火溫度的鎢鉬鏑表面稀土高速鋼試樣、鎢鉬表面高速鋼試樣和4Cr13鋼強化試樣進行摩擦對比試驗，探討淬火工藝，稀土的添加，摩擦條件（包

3、括載荷，摩擦速度，摩擦溫度）對表面稀土高速鋼耐磨性能和磨損機理的影響。試驗結(jié)果如下：
　　1、對 Q235鋼進行滲金屬的研究結(jié)果表明，滲金屬工藝與合金層厚度及元素含量之間存在明顯的對應(yīng)關(guān)系，最佳滲金屬工藝范圍為：源極電壓850~900 V；陰極（試樣）電壓500~600 V；極間距20mm，工作氣壓30 Pa；試樣溫度1050℃，保溫時間4.5 h。所得鎢鉬鏑合金層厚度約為73μm，表面[W]當(dāng)量為24.73％，表面含碳量為5.0

4、3 wt%，鏑含量2.31 wt%。
　　2、后續(xù)強化熱處理工藝對表面稀土高速鋼的微觀組織及結(jié)構(gòu)有明顯影響。淬火溫度升高，使更多的碳化物溶入奧氏體中，影響回火后的碳化物組織和復(fù)合硬度、紅硬性。鎢鉬鏑表面稀土高速鋼的最優(yōu)強化熱處理工藝為1050℃淬火，油冷后進行550℃回火。此時表面稀土高速鋼層主要有M6C、M2C、MC型碳化物及稀土碳化物，碳化物均呈顆粒狀，且尺寸最?。ā?μm），間距最短（約2~3μm）；經(jīng)過二次硬化表面硬度達(dá)到

5、1153 HV0.05，略高于其淬火硬度；紅硬性為855.5 HV0.05。
　　3、通過往復(fù)摩擦試驗，對比三種淬火工藝的鎢鉬鏑表面稀土高速鋼、鎢鉬表面高速鋼和強化4Cr13鋼的摩擦磨損行為，發(fā)現(xiàn)1050℃淬火的表面稀土高速鋼在不同載荷（10~40 N）和不同摩擦速度（5、8 m/min）下都具有最佳耐磨性，其摩擦系數(shù)，磨痕深度和寬度，磨損量都明顯低于其他試樣。說明稀土元素的加入可以提高表面高速鋼的耐磨性，且經(jīng)過1050℃淬火的表

6、面稀土高速鋼的耐磨性能最好。在往復(fù)摩擦過程中，隨載荷增加，表面稀土高速鋼試樣的磨損形式由輕微的擦傷磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp為主，伴有粘著磨損，但在高載荷下，磨痕表面生成氧化物，可起潤滑作用，降低粘著磨損的危害。
　　4、對三種淬火工藝的鎢鉬鏑表面稀土高速鋼、鎢鉬表面高速鋼和強化4Cr13鋼在200~500℃范圍內(nèi)的高溫摩擦磨損特性進行試驗研究。鎢鉬鏑表面稀土高速鋼的摩擦系數(shù)和磨損量隨摩擦溫度的升高先增大后減小，當(dāng)載荷從5N提高到10N，