H13鋼RE-N-C-V-Nb共滲滲層動力學(xué)及熱穩(wěn)定性研究.pdf

1、H13鋼廣泛用于鋁型材擠壓模具，但由于其工作在高壓、高溫和強(qiáng)力摩擦等惡劣環(huán)境下，常以磨損和疲勞等形式從表面開始失效。因此對模具進(jìn)行表面強(qiáng)化處理，是延長其壽命的關(guān)鍵。復(fù)合表面處理技術(shù)是材料表面強(qiáng)化研究最前沿和有效的方法之一。本課題采用傳統(tǒng)滲氮碳表面化學(xué)熱處理技術(shù)與現(xiàn)代的熱反應(yīng)沉積擴(kuò)散釩鈮元素技術(shù)復(fù)合，得到了良好的滲層形貌和高性能的物相層。本研究在前期研究己取得成果的基礎(chǔ)上，運(yùn)用掃描電子顯微術(shù)、能譜、X射線衍射術(shù)和顯微硬度測量等方法，進(jìn)一步

2、研究了共滲層的動力學(xué)生長規(guī)律及其在高溫工作中組織的穩(wěn)定性。
　　 對滲層形成的機(jī)理分析結(jié)果表明，滲劑和H13鋼基體存在的化學(xué)勢差使氮和碳元素主要以間隙擴(kuò)散并輔以沿晶體缺陷的方式滲入基體，釩鈮氮碳化物層主要靠N、C原子向基體外的擴(kuò)散并結(jié)合鹽浴中V、Nb活性原子形成，生長速度取決于N、C原子在基體和釩鈮氮碳化物層中的擴(kuò)散速度。利用Fick定律和Arrhenius公式計算得到的覆層厚度與時間和溫度的關(guān)系，揭示了V-Nb-RE共滲時釩鈮

3、氮碳化物層的動力學(xué)形成規(guī)律。此規(guī)律可用來預(yù)測和控制H13鋼表面釩鈮共滲層的厚度及復(fù)合處理的加工工藝，指導(dǎo)實驗和生產(chǎn)。計算得到的擴(kuò)散激活能Q和生長速率常數(shù)K表明預(yù)滲氮碳可以加速釩鈮沉積層的形成，而釩和鈮的共同沉積Q值是單滲釩或鈮的最小值。稀土獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)能增加氮碳化釩鈮的增長率，降低擴(kuò)散激活能，有利于滲層的形成。
　　 結(jié)合滲層硬度、物相和晶粒大小隨保溫時間的變化，研究了H13鋼RE-N-C-V-Nb共滲滲層的熱穩(wěn)定性能。結(jié)果

4、表明，滲層在560℃16h加熱后顯微硬度仍然達(dá)到1230 HV0.1。加熱前期，由于覆層晶粒中位錯等缺陷的降低，氮碳原子的擴(kuò)散脫落，缺位間隙相如V4C2.67、Nb4N3.92等的形成，及釩鈮的被氧化，使硬度下降較快。而加熱后期覆層硬度下降平緩，此時晶粒的長大也是覆層熱穩(wěn)定性性能下降的原因之一。晶粒的長大在熱穩(wěn)定性實驗溫度區(qū)間遵循一定的動力學(xué)規(guī)律。N-C-V-Nb-RE鹽浴處理中各共滲元素對覆層的熱穩(wěn)定性有不同的影響程度及機(jī)理。預(yù)滲氮能