灰口鑄鐵等離子表面強化組織與疲勞性能的研究.pdf

1、隨著機械工業(yè)的發(fā)展,人們對材料性能的要求越來越高,表面強化具有生產(chǎn)費用低、原材料的利用率高、工藝實施、具有連續(xù)性、易于實現(xiàn)自動化生產(chǎn)等優(yōu)勢。高能束(激光、電子束、等離子)表面強化作為重要的強化手受到了廣泛的關注。目前,對高能束表面強化后材料的組織結構、腐蝕性能、磨損性能已有深入的研究。然而,作為構件實際使用時還必須考慮到材料的疲勞性能,其相關領域鮮有報道。
　　本文研究了灰口鑄鐵等離子合金化TiC-Cr-W后表面形貌、強化層幾何形

2、態(tài)、組織形貌、相結構與顯微硬度分布,討論了工藝參數(shù)對上述結果的影響,得出HT200等離子合金化最佳工藝參數(shù)。使用Weibull概率分布、SEM分析等離子強化對疲勞壽命、裂紋擴展的影響。分別討論了合金化區(qū)、熱影響區(qū)經(jīng)過不同回火溫度處理后的組織轉變規(guī)律,結合金相顯微鏡、圖像處理軟件、TEM和XRD,分析合金化區(qū)各物質體積百分含量、晶粒尺寸變化,回火工藝對等離子強化后材料整體疲勞性能。
　　本文主要研究成果如下:
　　1)等離子合

3、金化后合金涂料與基體形成冶金結合,沒有明顯的宏觀裂紋出現(xiàn)。橫截面主要由合金化區(qū)、熱影響區(qū)基體三部分組成。合金化層組織為共晶萊氏體、樹枝晶與胞枝晶,隨到表層距離的增加組織呈梯度變化。XRD、能譜分析、TEM衍射花樣表明殘余奧氏體晶界處均勻分布的白色顆粒為TiC。熱影響區(qū)組織由針狀馬氏體,未溶解的片狀石墨組成。等離子合金化后表面硬度呈先升后降趨勢,在次表層達到最高。最佳工藝下,等離子合金化、等離子淬火以及基體的平均硬度分別為1069、856

4、、269 HV0.2。等離子處理后材料的表面形貌、顯微組織以及硬度分布與工藝參數(shù)有關。
　　2)等離子合金化TiC-Cr-W后疲勞特征壽命 Na提高64％,等離子淬火降低了特征壽命。疲鑄件本身的缺陷是導致等離子強化疲勞壽命分散的重要原因。觀察疲勞斷口發(fā)現(xiàn):合金化層與基體都表現(xiàn)為解理斷裂特征,合金化層微觀斷口呈現(xiàn)出凹凸不平解理面,而基體中解理臺階相互平行。熱影響區(qū)為冰糖狀沿晶斷裂,由表層至基體,冰糖狀晶粒逐漸變大。
　　3)分

5、別對基體、等離子強化樣品疲勞裂紋的擴展行為進行研究,發(fā)現(xiàn)等離子合金化TiC-Cr-W在一定范圍內擴展速度小于基體,超過臨界值之后,等離子合金化的擴展速度較基體快。然而,等離子淬火疲勞裂紋擴展速度始終大于基體。等離子合金化消除了石墨,消除了應力集中。合金化層內,裂紋沿生成的共晶組織片方向發(fā)生偏轉。裂紋在熱影響區(qū)延著原奧氏體晶粒方向擴展。
　　4)合金區(qū)經(jīng)200℃回火后,大量針狀馬氏體在原奧氏體晶粒內生成,并貫穿奧氏體晶粒?；鼗鹕傻?/p>

6、馬氏體片寬度明顯大于等離子合金化后產(chǎn)生的馬氏體片寬度,伴隨回火溫度的升高,位錯密度下降,亞晶界逐漸消失?；鼗饻囟冗M一步升高后,殘余奧氏體分解,鐵素體的生成, TiC固溶于基體之中,發(fā)生(Fe,Cr)7C3→(Fe,Cr)23C6轉變。熱影響區(qū)經(jīng)回火處理,在針狀馬氏體上原位生成了片狀珠光體形態(tài)的回火組織。加入合金元素提高了強化層的回火穩(wěn)定性。等離子合金化后200℃回火較未回火,400℃,600℃回火顯微硬度總體提升。
　　5)采用2