40Cr電子束表面處理及鈦合金化工藝研究.pdf

1、齒輪做為制造業(yè)的核心零部件,大量應(yīng)用于汽車、核電、風(fēng)電、航空航天等高端制造業(yè)領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中,高端齒輪相比于傳統(tǒng)齒輪需要具有更好的穩(wěn)定性、更強(qiáng)的可靠性以及更長的工作壽命,這也是對高端齒輪的承載性能提出的要求。隨著表面工程技術(shù)的快速發(fā)展,采用各種表面改性新技術(shù)提高齒輪表面的承載能力成為齒輪材料研究的重要發(fā)展方向。
　　本文源自重慶市重點(diǎn)自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“基于電子束的齒輪表面合金化工藝及性能研究”(編號:cstc2012jjB

2、70002)的一部分,課題主要以齒輪材料為對象,研究強(qiáng)流脈沖電子束(HCPEB)照射與等離子滲氮相結(jié)合的表面處理工藝,同時(shí)也開展了強(qiáng)流脈沖電子束與物理氣相沉積(PVD)技術(shù)結(jié)合進(jìn)行表面Ti合金化的研究和強(qiáng)流脈沖電子束針對TiN涂層結(jié)合力影響的工藝研究,探索強(qiáng)流脈沖電子束與多種表面工程技術(shù)結(jié)合進(jìn)行齒輪材料表面改性的效果,為強(qiáng)流脈沖電子束復(fù)合表面處理工藝提高齒輪表面性能提供有益的經(jīng)驗(yàn)。
　　通過研究獲得以下結(jié)果:
　　(1)經(jīng)電

3、子束處理后,40Cr表面呈現(xiàn)“熔坑”狀形貌特征,其數(shù)量隨著脈沖次數(shù)的增加呈現(xiàn)波浪起伏特征;同時(shí),其表面硬度得到提高,且在工藝參數(shù)30KV、5次時(shí)表面硬度值最大,為623 HV0.05。另外,試樣表層會(huì)形成“熔凝層”,表面硬度最高,0~20μm截面硬度急劇下降,20μm深度時(shí),截面硬度值最低;
　　(2)采用40Cr+HCPEB+N的工藝,氮化后表面形貌狀態(tài)與電子束照射40Cr時(shí)的相同;在電子束加速電壓24KV、照射5次后再進(jìn)行滲氮

4、,其表面硬度達(dá)到最高值645HV0.05;同時(shí),截面組織因電子束照射后“熔凝層”的存在,阻礙了氮元素的擴(kuò)散。與直接采用離子氮化工藝相比,先經(jīng)電子束照射再進(jìn)行離子氮化處理得到的試樣表面硬度及截面硬度均更低;
　　(3)采用40Cr+N+HCPEB的工藝,熔坑數(shù)量隨著脈沖次數(shù)的增加呈現(xiàn)波浪起伏并下降的趨勢,與電子束照射40Cr基體的規(guī)律類似;同時(shí)表面硬度也得到增加,在電子束加速電壓為30KV、照射45次時(shí)達(dá)到最高值795HV0.05;

5、表層獲得由熔凝層和熱影響層組成的組織;從表面至心部其截面顯微硬度呈現(xiàn)梯度下降的趨勢,深度在40~120μm范圍內(nèi)截面硬度下降平緩;
　　(4)不同工藝獲得表面硬度從高到低排序?yàn)?0Cr+N+HCPEB>40Cr+N>40Cr+HCPEB+N>40Cr+HCPEB>40Cr,即40Cr滲氮后再進(jìn)行電子束照射獲得的表面硬度最高,可以達(dá)到調(diào)質(zhì)40Cr的2.7倍;
　　(5)采用磁控濺射在40Cr表面鍍2μm左右的Ti膜,在電子束照

6、射5次,加速電壓在15~27KV范圍內(nèi),Ti元素能夠擴(kuò)散進(jìn)入40Cr表層;當(dāng)電子束照射18KV、5次時(shí),Ti元素能夠擴(kuò)散進(jìn)入40Cr基體。采用多弧離子鍍在40Cr表面沉積2μm左右的TiN薄膜,電子束照射加速電壓低于9KV、照射次數(shù)少于30次,不會(huì)導(dǎo)致表面TiN涂層明顯破壞,表面呈TiN涂層的金黃色,涂層經(jīng)過電子束照射在9~15KV加速電壓、30次照射后,生成新相FeTi;電子束照射9KV、30次時(shí),TiN涂層與40Cr基體的結(jié)合力達(dá)到