AerMet100钢等离子体稀土氮碳研究

论文摘要

本文对AerMet100钢进行了等离子体稀土氮碳共渗工艺的初步探索,并揭示了不同工艺条件对共渗层表面的组织结构、显微硬度和耐磨性能的影响规律。通过对AerMet100钢在不同温度下进行等离子体稀土氮碳共渗动力学研究,可获得厚度在40μm至145μm之间的共渗层,且随着共渗温度的升高、共渗时间的延长而增厚;同时共渗层表面硬度最高可达1029HV,随着共渗温度的升高、共渗时间的延长而降低。在400°C460°C范围AerMet100钢氮碳共渗的基体硬度也得到了提高,相比原始态最多可提高180HV。通过渗层的金相组织观察和显微硬度测试可知,在等离子体稀土氮碳共渗中稀土的添加量存在较佳值。本试验中,在400°C、430°C、460°C和500°C下对AerMet100钢进行氮碳共渗得到的较佳稀土添加量分别为0.1RE,0.025 RE,0.1 RE和0.1RE。气氛中氮氢流量对渗层性能也有一定影响。460°C共渗时,渗层硬度随气氛中氮含量增加先升高后降低,渗层厚度略有下降;500°C共渗时,气氛中氮含量对渗层硬度的影响与460°C一致,但渗层厚度随氮含量的增加先增厚后变薄。XRD分析结果表明,共渗层中的组成相均为γ’-Fe4N相和α’-Fe相,等离子体稀土氮碳共渗工艺参数的改变对渗层的相组成没有影响,但是会影响共渗层中各相的含量和衍射峰的位置。在430°C时,γ’-Fe4N相的含量随稀土添加量的增加先增加后减少;在460°C时,γ’-Fe4N相的含量随稀土添加量的增加基本不变,但随保温时间延长先增加后减少。添加稀土后,渗层中γ’-Fe4N相的（200）晶面发生择优取向,并且其衍射峰强度随工艺参数改变而变化。在430°C时随稀土添加量增多而增强;在460°C时随保温时间的增加先增强后减弱。摩擦磨损性能测试结果表明,等离子体稀土氮碳共渗显著提高了材料表面耐磨性。与原始试样相比,稀土氮碳共渗后,材料表面的摩擦系数略有降低,但其磨损率仅为原始态的1/4-1/3。磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 超高强度合金钢概况
• 1.2.1 AerMet100 钢发展历程
• 1.2.2 合金元素在马氏体时效钢中的作用
• 1.2.3 AerMet100 钢的应用前景
• 1.3 等离子体氮碳共渗
• 1.3.1 等离子体渗氮
• 1.3.2 等离子体氮碳共渗
• 1.3.3 合金元素对渗层组织和性能的影响
• 1.4 稀土在热处理中的研究与应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 试验材料和方法
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 试样成分
• 2.1.2 试样尺寸
• 2.1.3 材料的预备热处理
• 2.2 试验设备及方案
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 试验方案
• 2.3 试验分析方法
• 2.3.1 组织观察
• 2.3.2 相成分分析
• 2.3.3 有效硬化层厚度测量
• 2.3.4 磨损性能测试
• 第3章 AerMet100 钢等离子体稀土氮碳共渗动力学
• 3.1 稀土共渗层的金相观察与显微硬度测试
• 3.1.1 共渗层的金相观察
• 3.1.2 共渗层的显微硬度分布
• 3.2 稀土共渗层增厚动力学与表面相结构演变规律
• 3.2.1 稀土共渗层增厚动力学
• 3.2.2 稀土共渗层表面相结构演变规律
• 3.3 本章小结
• 第4章 AerMet100 钢等离子体稀土氮碳共渗组织结构和性能
• 4.1 不同稀土添加量对共渗层组织结构和性能的影响
• 4.1.1 不同稀土添加量的共渗层金相组织观察
• 4.1.2 不同稀土添加量的共渗层相结构分析及渗层中稀土元素检测
• 4.1.3 不同稀土添加量的共渗层的显微硬度分布
• 4.1.4 不同稀土添加量的共渗层的耐磨性能与磨损形貌观察
• 4.2 氮氢流量对稀土共渗层组织结构和性能的影响
• 4.2.1 不同氮氢流量下的稀土共渗层的金相组织观察
• 4.2.2 不同氮氢流量下的稀土共渗层的表面相结构分析
• 4.2.3 不同氮氢流量下的稀土共渗层的显微硬度分布
• 4.2.4 不同氮氢流量下的稀土共渗层的耐磨性与磨损形貌观察
• 4.3 温度对稀土共渗层表面相结构和性能的影响
• 4.3.1 不同温度下的稀土共渗层表面相结构分析
• 4.3.2 不同温度下稀土共渗层中的显微硬度分布
• 4.3.3 不同温度下稀土共渗层的耐磨性和磨损形貌观察
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢