40Cr材料表面Cr層制備工藝及組織性能研究.pdf

1、齒輪在工作時(shí)往往由于表面失效而無法繼續(xù)工作，因此延長(zhǎng)齒輪的工作壽命就要求其表面具有硬度高、耐磨性能良好等。使用涂層作為齒輪的工作層，能有效地延長(zhǎng)齒輪壽命。電刷鍍是比較傳統(tǒng)的齒輪強(qiáng)化工藝，鍍鉻層具有高硬度和高耐磨性能，已在工業(yè)中應(yīng)用較為廣泛，但由于其結(jié)合力不高，發(fā)展頗受限制。因此本文以齒輪材料40Cr為研究對(duì)象，采用電刷鍍與熱處理結(jié)合的方式，在獲得不同尺寸晶粒的同時(shí)，還使得Cr元素?cái)U(kuò)散至基體，形成擴(kuò)散層，增加涂層與基體間的結(jié)合力。同時(shí)，本

2、文采用感應(yīng)加熱和箱式爐加熱方法在40Cr材料表面制備 Cr層，開展了 Cr層的制備工藝及Cr層的組織與性能等研究，為齒輪的表面涂層制備技術(shù)提供有力支撐。論文的主要工作有：
　?。?）探究電刷鍍鍍Cr的工藝參數(shù)，分析鍍Cr層的形成機(jī)理，開展了Cr層的組織與性能研究；采用電刷鍍與熱處理結(jié)合的方式，觀察了晶粒尺寸長(zhǎng)大情況、涂層的變化情況以及元素?cái)U(kuò)散情況，分析了晶粒尺寸變化及元素?cái)U(kuò)散的機(jī)理。
　　（2）對(duì)電刷鍍前后的試樣進(jìn)行X射線衍

3、射（XRD）分析對(duì)比，觀察了試樣的斷口形貌，試驗(yàn)研究了其結(jié)合力、摩擦磨損性能及耐腐蝕性能。
　?。?）分析箱式爐加熱與感應(yīng)加熱兩種加熱方式的異同點(diǎn)，探究滲Cr的工藝參數(shù)與滲劑配方，制備出兩種滲Cr層，觀察滲層的組織、元素及物相變化情況，解釋了兩種涂層在加熱和冷卻過程的組織演變和形成機(jī)理。
　?。?）對(duì)箱式爐加熱和感應(yīng)加熱兩種方法下制備出的涂層進(jìn)行進(jìn)一步淬火，觀察組織與元素分布的變化情況，并完成其硬度測(cè)試。
　　（5）對(duì)

4、箱式爐加熱及感應(yīng)加熱工藝制備出的Cr層進(jìn)行性能測(cè)試，通過對(duì)比試樣的表面粗糙度、顯微硬度、結(jié)合力、耐腐蝕性能、摩擦磨損性能等，總結(jié)出兩種方法各自的優(yōu)劣勢(shì)。
　　通過以上分析，獲得了以下結(jié)論：
　　（1）電刷鍍鍍Cr層是由均勻分布的單元組成的，單元大小為15-25μm，單元由小于100nm的Cr顆粒組成，涂層表面有少量的裂紋存在；Cr層連續(xù)均勻，層厚約為40μm，涂層的截面方向有微小的波紋狀裂紋。不同溫度退火后，700℃時(shí)試樣涂

5、層的 Cr球開始長(zhǎng)大至晶粒，晶粒尺寸約840nm，并在長(zhǎng)大過程中存在異常長(zhǎng)大現(xiàn)象；900℃時(shí)，涂層開始出現(xiàn)分層，新出現(xiàn)的涂層呈現(xiàn)柱狀晶粒形貌；1100℃時(shí)，涂層出現(xiàn)三層，第二層仍然呈現(xiàn)柱狀晶粒形貌，第三層為擴(kuò)散層。
　　（2）電刷鍍鍍Cr試樣的表面硬度為877.41HV，隨著由表到里的距離增加，硬度降低隨而趨于平穩(wěn)；不同溫度退火后的表面硬度在700℃時(shí)最低；其結(jié)合力大小為46.3N；磨損量較原始調(diào)質(zhì)40Cr下降了12.5％。

6、>　?。?）在1000℃下，箱式爐加熱和感應(yīng)加熱分布滲10h、1h，相比箱式爐加熱，感應(yīng)加熱這種方式制備出的Cr層厚且連續(xù)，界面緊密；感應(yīng)加熱滲Cr層的Cr擴(kuò)散層深度大約為82μm，涂層由(Cr,Fe)23C6和(Cr,Fe)7C3合金滲碳體片層組成；而箱式爐加熱滲Cr層的Cr擴(kuò)散層深度大約為18μm，涂層由(Cr,Fe)23C6相組成；感應(yīng)加熱滲Cr試樣淬火后，珠光體的片距更小，涂層厚度變厚；而箱式爐加熱滲Cr試樣淬火后，涂層雖然表薄