离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢渗层组织及性能的影响
发布时间:2017-09-19 06:35
作者:互联网
来源:
41
在搅拌
摩擦焊接过程中,搅拌头与被
焊接材料之间发生剧烈的
热机械作用,
需要承受剧烈
摩擦磨损、高温、冲击和交变
载荷等交互作用。在这种严苛的
工作条件下,要求搅拌头必须具有较高的
强度、
硬度,同时还要求其具有良好的冲击
韧性、抗
弯曲疲劳、高耐磨性和红硬性等。目前,普遍选用
钢、硬质
合金和聚晶立方
渗氮硼等多种材料及相应的
工艺手段来制造搅拌头。其中,采用工
模具钢通过
淬火回火热处理来制造搅拌头工艺相对简单且
成本较低,因而被广泛应用;但其耐磨性差,试样寿命短,很难满足搅拌摩擦焊的
工业化生产要求。到目前为止,国内外对钢制搅拌头的研究集中在选材、整体热处理和对搅拌头形状尺寸优化等方面,而对搅拌头进行表面改性的研究报道较少。通过
离子渗氮对工
模具钢进行表面改性,可以在钢的表面形成
渗碳物层,能显著提高钢的表面耐磨性和红硬性,且成本较低。因此,离子渗氮可能成为制造成本低、高性能、长寿命的搅拌头的有效手段。辽宁
石油化工大学
金属材料工程系的研究者研究了离子渗氮温度对W9Mo3Cr4V钢搅拌头组织和性能的影响,以期为制备高硬度耐磨的氮化层搅拌头提供参考。采用W9Mo3Cr4V钢为搅拌头材料,化学成分(质量分数,%)为C0.810,Si0.350,Mn0.310,P0.021,S0.016,W8.690,Mo2.840,Cr3.990,V1.380,Ni0.140,Cu0.130,Fe余量。根据热处理手册,对W9Mo3Cr4V钢先进行850℃预热10min,再加热到1220℃保温15min,随后油冷的淬火热处理,再进行560℃/2h下2次回火热处理。W9Mo3Cr4V钢回火后的显微组织为回火
马氏体和均匀分布的颗粒状
碳化物,硬度为61.5HRC。对经淬火和回火后的W9Mo3Cr4V钢进行冲击试验,其冲击韧性为31J/cm2,可满足搅拌头的冲击韧性要求。研究结果表明:(1)W9Mo3Cr4V钢随渗氮温度增加,渗氮层厚度呈逐渐增加的趋势。(2)W9Mo3Cr4V钢随离子渗氮温度升高,渗氮层硬度不断升高,这是由于渗氮温度较低时,表层就有硬度很高的ε相(Fe3N),其晶格常数比基体大得多,当其与基体为共格关系时,会与基体晶格产生弹性畸变,渗氮层体积膨
胀形成残余压
应力,且渗氮层中的
位错运动受阻,引起渗氮层硬度升高。随渗氮温度升高,渗氮物相ε相(Fe3N)衍射峰强度逐渐降低,而γ’相(Fe4N)衍射峰强度逐渐升高,渗氮层厚度不断增加,且渗氮物均匀析出弥散强化,也导致渗氮层硬度不断升高。(余冶)
备注:数据仅供参考,不作为投资依据。