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,大量應用于汽車、核電、風電、航空航天等高端制造業(yè)領域。在實際應用當中,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。隨著表面工程技術的快速發(fā)展,采用各種表面改性新技術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自然科學基金資助項目“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,研究強流脈沖電子束(HCPEB)照射與等離子滲氮相結合的表面處理工藝,同時也開展了強流脈沖電子束與物理氣相沉積(PVD)技術結合進行表面Ti合金化的研究和強流脈沖電子束針對TiN涂層結合力影響的工藝研究,探索強流脈沖電子束與多種表面工程技術結合進行齒輪材料表面改性的效果,為強流脈沖電子束復合表面處理工藝提高齒輪表面性能提供有益的經(jīng)驗。
　　通過研究獲得以下結果:
　　(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,其表面硬度得到提高,且在工藝參數(shù)30KV、5次時表面硬度值最大,為623 HV0.05。另外,試樣表層會形成“熔凝層”,表面硬度最高,0~20μm截面硬度急劇下降,20μm深度時,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時的相同;在電子束加速電壓24KV、照射5次后再進行滲氮

4、,其表面硬度達到最高值645HV0.05;同時,截面組織因電子束照射后“熔凝層”的存在,阻礙了氮元素的擴散。與直接采用離子氮化工藝相比,先經(jīng)電子束照射再進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;同時表面硬度也得到增加,在電子束加速電壓為30KV、照射45次時達到最高值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為40Cr+N+HCPEB>40Cr+N>40Cr+HCPEB+N>40Cr+HCPEB>40Cr,即40Cr滲氮后再進行電子束照射獲得的表面硬度最高,可以達到調質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元素能夠擴散進入40Cr表層;當電子束照射18KV、5次時,Ti元素能夠擴散進入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,不會導致表面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,TiN涂層與40Cr基體的結合力達到