耐磨鋼板表面固相滲碳后的組織與性能

  耐磨鋼板具有高強(qiáng)度、高耐蝕性和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用作承受高負(fù)荷零件,如汽輪機(jī)葉片、熱油泵軸和軸套及葉輪水壓機(jī)閥片等。但其使用過程中時常出現(xiàn)硬度不夠、嚴(yán)重磨損等問題,又制約了其進(jìn)一步的應(yīng)用。零件的實(shí)際使用壽命主要取決于其耐磨性,表面強(qiáng)化是提高性能最直接有效的方法,與其他強(qiáng)化技術(shù)相比,滲碳處理可以顯著提高材料的表面硬度與耐磨性,常用工藝包括離子滲碳法、氣體滲碳法和鹽浴法等。但是,離子滲碳存在滲碳不均勻的問題,鹽浴法還不成熟,氣體滲碳方法比較復(fù)雜,且均存在對設(shè)備要求高、工藝復(fù)雜、成本較高等問題。傳統(tǒng)的固相滲碳法工藝簡單,適合小型零部件滲碳,但滲碳速度慢,為此常采用加入碳酸鹽催滲劑的方法來提高滲碳速度,但又容易在表面產(chǎn)生阻擋層,對滲碳速度有不利影響,且滲層質(zhì)量不易控制。為此,研究人員采用一種新穎的固相滲碳方法進(jìn)行滲碳:將耐磨鋼板和灰口鑄鐵包在一起,在一定溫度下使灰口鑄鐵中的片狀石墨擴(kuò)散至耐磨鋼板中,與分散均勻的Cr原子進(jìn)行原位反應(yīng),在不銹鋼表面生成復(fù)合滲碳層;C原子體積小,在基體中可以以間隙機(jī)制擴(kuò)散,擴(kuò)散速度快,Cr原子在基體中不易擴(kuò)散,且Cr原子與C原子親和力很強(qiáng),灰口鑄鐵中的C原子在高溫下快速擴(kuò)散到基體中Cr原子的位置,與Cr原子以及基體中的Fe原子反應(yīng)生成碳化物;利用XRD、SEM、微觀硬度計、ML-100干式銷盤兩體磨料磨損試驗(yàn)機(jī)及電化學(xué)方法對滲碳層的物相組成、微觀組織、顯微硬度和耐磨、耐蝕性能進(jìn)行了研究。

  將耐磨鋼板和HT300表面打磨平整,并用丙酮與酒精清洗。將兩者對齊緊密接觸在一起,HT300在上方,用耐火紙包好壓實(shí),放入石墨坩堝中固定,置于1400X管式爐中,以5mL/min的流量通入氬氣保護(hù),以7℃/min的加熱速率升溫至1120℃,保溫10h,隨后降溫至850℃,保溫1h,水冷。

  物相分析在XRD-7000X射線衍射儀上進(jìn)行。組織觀察在JSM-6700F型掃描電鏡上進(jìn)行。顯微硬度測試在TUKON2100型顯微硬度計上進(jìn)行。采用經(jīng)典的三電極法以CS350電化學(xué)工作站進(jìn)行電化學(xué)測試。試驗(yàn)結(jié)果表明:

 ?。?)以1120℃保溫10h,850℃保溫1h,可利用灰口鑄鐵中的片狀石墨對耐磨鋼板進(jìn)行固相滲碳,生成由(Fe,Cr)7C3顆粒增強(qiáng)的復(fù)合滲碳層,晶內(nèi)碳化物呈島狀彌散分布,晶界碳化物斷續(xù)分布。

 ?。?)滲碳層顯微硬度最高值出現(xiàn)在耐磨鋼板表面,達(dá)到1082HV1N,并隨著距表面距離的增加而逐漸降低。

  (3)滲碳層的耐磨性約為普通耐磨基材的5倍,但其耐蝕性有所下降。