65Mn鋼表硬心韌處理工藝及其組織和性能的研究.pdf

1、65Mn鋼具有良好的淬透性、強(qiáng)韌性和較高的硬度及耐磨性等特點(diǎn)，除作為彈性元件的主要用材外，還被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、石油機(jī)械等與土壤或巖石接觸的耐磨部件上，這些產(chǎn)品在使用過(guò)程中不但表面需要耐磨，而且由于承受較大的沖擊載荷對(duì)整體的抗沖擊性能要求也很高，本文擬通過(guò)使其獲得表硬心韌的組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其兼顧表面耐磨和整體抗沖的性能要求。研究中，首先，以化學(xué)熱處理中滲鉻和滲硼為主要研究對(duì)象，對(duì)比它們實(shí)現(xiàn)65Mn鋼表面耐磨改性的適應(yīng)性;然

2、后，以適應(yīng)性好的化學(xué)熱處理方法為基礎(chǔ)，分別探求先進(jìn)行表面耐磨處理再進(jìn)行整體強(qiáng)韌化處理和先進(jìn)行整體強(qiáng)韌化處理再進(jìn)行表面耐磨處理兩種途徑實(shí)現(xiàn)65Mn鋼表硬心韌的可行性，并系統(tǒng)考察其工藝、組織和耐磨及耐蝕性能;進(jìn)而，獲得具有良好工程適應(yīng)性的適合于65Mn鋼的表硬心韌處理的技術(shù)，促進(jìn)這一具有良好綜合性能的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼在工程領(lǐng)域中得到更加廣泛的應(yīng)用。
　　 本文完成的主要工作和取得的成果如下:
　　 (1)較為系統(tǒng)地研究了經(jīng)不同時(shí)間

3、、在不同溫度下滲鉻后滲鉻層的厚度和表面硬度，在此基礎(chǔ)上確定65Mn鋼表面最優(yōu)的滲鉻工藝，并考察了采用優(yōu)選工藝所制備滲鉻試樣的摩擦磨損性能和在鹽酸溶液及含肥土壤中的耐腐蝕性能。結(jié)果表明:在950℃下保溫9h對(duì)65Mn進(jìn)行滲鉻處理最為適宜;在本文研究實(shí)驗(yàn)條件下，經(jīng)滲鉻處理后其磨損率僅為低溫回火態(tài)的0.526，其無(wú)論是在鹽酸溶液中還是在含肥土壤介質(zhì)中的耐腐蝕性能均得到顯著改善。
　　 (2)針對(duì)65Mn鋼表面滲鉻處理后獲得的滲鉻層較薄

4、、試樣表面難清理等不足，提出了對(duì)其進(jìn)行滲硼處理。結(jié)果表明:65Mn鋼的最佳滲硼工藝為850℃×6h，滲硼態(tài)主要以粘結(jié)磨損為主，其相對(duì)磨損率僅為0.316（以低溫回火態(tài)的磨損情況為1），其耐磨性要好于滲鉻態(tài);滲硼態(tài)無(wú)論是在呈強(qiáng)酸特征的鹽酸溶液還是在呈弱酸特征的含肥土壤中，其耐蝕性不僅高于低溫回火態(tài)也好于滲鉻態(tài)。此外，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)65Mn鋼滲硼處理后進(jìn)行熱處理會(huì)引起滲硼層氧化減薄，故對(duì)65Mn鋼滲硼態(tài)進(jìn)行熱處理時(shí)需采用必要措施以防止?jié)B硼層減薄

5、現(xiàn)象的發(fā)生。
　　 (3)采用淬火+中溫回火和等溫淬火兩種熱處理工藝對(duì)滲硼后的65Mn鋼進(jìn)行強(qiáng)韌化處理后，其表面保持了滲硼層的高硬度（～1400HV0.1），心部為強(qiáng)韌性較原有珠光體更好的回火托氏體或下貝氏體組織，可以較好地兼顧65Mn鋼表面耐磨和整體抗沖的性能要求。滲硼層雖硬度、耐磨性相對(duì)于強(qiáng)韌熱處理前有所下降，但其脆性較強(qiáng)韌熱處理前降低了1～2個(gè)等級(jí);同時(shí)，強(qiáng)韌熱處理后滲硼層的耐腐蝕性得到明顯改善，尤其是等溫淬火在強(qiáng)酸溶液中

6、表示出很好的抗腐蝕能力。對(duì)比兩種強(qiáng)韌熱處理工藝，等溫淬火處理在降低熱處理應(yīng)力、保持表面硬度及耐磨性、提高心部強(qiáng)韌性和改善耐腐蝕性等方面均好于淬火+中溫回火處理。
　　 (4)在滲硼處理中引入稀土，揭示稀土尤其是納米稀土對(duì)滲硼處理的作用機(jī)制，以淬火+中溫回火65Mn鋼為基礎(chǔ)，在優(yōu)選滲硼劑基礎(chǔ)組分的基礎(chǔ)上，較為系統(tǒng)地考察了不同粒徑、不同含量的氧化鈰在不同時(shí)間下所能獲得的滲硼層厚度，進(jìn)而獲得稀土硼共滲較優(yōu)的稀土添加組分及滲硼工藝參數(shù)。

7、同時(shí)，研究了優(yōu)化條件下稀土硼共滲后65Mn鋼的組織和性能。結(jié)果表明:稀土硼共滲使65Mn鋼耐磨性和耐蝕性顯著提高，其相對(duì)體積磨損率僅為0.318，同時(shí)其在鹽酸溶液中腐蝕7天后試樣表面未見(jiàn)明顯腐蝕痕跡，這與其表面形成一層致密的由Fe、O、C組成的防護(hù)層有關(guān)，其中粒徑為20nm、含量為4％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧化鈰具有最優(yōu)的催滲效果。
　　 綜上所述，滲硼處理較滲鉻處理對(duì)于實(shí)現(xiàn)提高65Mn鋼的表硬心韌性能具有更好的適應(yīng)性;同時(shí)，滲硼處理后等溫