《毕业设计论文低碳钢表面渗硼层在低应力条件下耐磨性能的研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计论文低碳钢表面渗硼层在低应力条件下耐磨性能的研究（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、郑州大学毕业设计（论文）题目：低碳钢表面渗硼层在低应力条件下耐磨性能的研究Study on wear resistance of boronizing layer on metal surface of low carbon steel at low stress conditions学生姓名指导教师专 业材料科学与工程（成型）学 院材料科学与工程学院2010年6月3日II摘要本文研究了低碳钢表面的渗硼工艺及渗层在低应力条件下耐磨性能。研究采用的工艺变量为渗硼时间、渗硼温度和渗剂配方，试验所用的母材材料为20钢和40Cr。渗剂配方由供硼剂、活化剂、还原剂和填充剂组成。本文共选用四种工艺来进行渗
2、硼实验。通过对试验结果进行分析，发现渗硼之后材料的耐磨性能大大提高。在不同条件下，渗硼层的厚度、硬度和脆性也有很大差别。渗硼层主要是是由FeB和Fe2B两相组成，且显微硬度达到1700HV，具有很高的硬度和耐磨性。同时发现渗层硬度梯度对材料的使用寿命也有很大的影响，降低硬度梯度对材料有重要的意义，可以通过对渗后试样的热处理来减小硬度梯度和改善材料的组织，提高材料的性能。关键词：表面渗硼；工艺；耐磨性能AbstractIn this paper, the boronizing process and wear resistance of boronizing layer under low st
3、ress is studied. This article uses boronizing time, temperature and penetration formula as process variables, and uses 20 steel and 40Cr as sample material. Penetration formula formed by the for boron, activator, reducing agent and fillers. Four types technology are used to conduct boronizing experi
4、ments. By experimental analysis, found that the wear resistance increased greatly after boronizing. The thickness, hardness and brittleness of boronizing layer are great different. Boronizing layer is mainly by the two-phase FeB and Fe2B, the hardness of boronizing layer reaches 1700HV, and it has h
5、igh hardness and wear resistance. The hardness gradient has a great influence to the lifetime of material, so, how to reduce the hardness gradient is important. We can reduce the hardness gradient and improve the organization of materials by heat-treatment to improve the material performance. Keywor
6、ds：surface boronizing; technology; wear resistance目 录摘 要IABSTRACTII目 录I1 概述11.1 前沿11.2 磨损11.2.1 粘着磨损21.2.2 接触疲劳磨损21.2.3 腐蚀磨损21.2.4 磨料磨损21.3 耐磨性31.4 表面渗硼工艺41.4.1 渗硼工艺简介41.4.2 渗硼工艺目的41.4.3 渗硼工艺分类41.4.4 渗硼过程中的化学反应51.4.5 渗硼层的组织与性能61.4.6 渗硼工艺的优缺点71.5选题意义和需要解决的问题71.5.1 选题意义71.5.2 需要解决的问题72 实验内容92.1 渗硼工艺92
7、.1.1 母材的选取92.1.2 渗剂配方的选用92.1.3 渗前准备92.1.4 混装与装罐102.1.5 渗硼过程控制102.1.6 渗后试样检查与缺陷分析102.2 试样的制作102.2.1 试样的选取102.2.2 制作金相试样112.2.3 金相观察122.2.4 显微硬度的测量123 实验结果与分析133.1 渗硼层的显微组织观察133.2 显微硬度分析143.2.1 显微硬度143.2.2 渗硼温度对渗硼层显微硬度的影响163.2.3 保温时间对渗硼层显微硬度的影响163.3 渗层的耐磨性173.4 渗层组织的缺陷183.4.1 内裂纹183.4.2 渗层厚薄不均193.5 渗硼
8、层的脆性193.5.1 渗硼层本质脆性193.5.2 渗硼层中致脆组织形态203.5.3 渗硼层中的致脆碳化物204 结论21参考文献22附件1：23附件2:24附件3：25附件4：26附件5：27外文翻译28外文原文36致 谢451 概述1.1 前沿金属材抖与其它物体接触并产生相对运动和摩擦时，在接触应力作用下，金属表面的部分物质便会发生人们所不希望的脱落或转移，这种现象称为金属的磨损。磨损是一种非常有害的现象,它将造成巨大的经济损失和自然资源的浪费。据统计资料，在失效的机械零件中，有75%80%属于磨损造成，供给机械的能量有大约30%50%消耗于摩擦和机械零件的磨损过程中。苏联机器制造产品
9、因磨损所造成的损失每年达100-120亿卢布,美国每年因磨损所造成的经济损失估计为1000亿美元,而西德估计为100亿马克。可见，研究金属磨损，提高金属的耐磨性和发展耐磨合金具有何等重要的意义。有资料表明，我国用于冶金、矿山、建材、电力等部门的破碎、制粉、排浆等设备的易损件，每年消耗百万吨以上。然而普通材料的耐磨性差，开发、研制、推广新型抗磨材料和先进的耐磨铸件生产工艺具有重要意义。耐磨材料是一大类具有特殊电、磁、光、声、热、力、化学以及生物功能的新型材料，是信息技术、生物技术、能源技术等高技术领域和国防建设的重要基础材料，同时也对改造某些传统产业，如农业、化工、建材等起着重要作用，耐磨材料是
10、新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用，在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85%。耐磨材料种类繁多，当前使用最为普遍的是金属耐磨材料，然而一般的金属耐磨材料在某些工作环境下也达不到要求，必须在整体强化的基础上采取措施进一步强化其工作表面，这就是所谓的表面技术。表面改性是表面技术里的一个分支，即采用某种工艺手段使零件表面获得与基体材料的组织结构、性能不同的一种技术。化学热处理是表面改性中的一种方法，它利用元素扩散性能，使合金元素渗入金属表面的一种热处理工艺。基本工艺过程是：将工件置于含有某种化学元素的介质中加热保温，使活性介质通过分解，使某种元素渗入钢铁表面的原子向金属表面
11、扩散渗入形成一定厚度的扩散层，然后以适当的方式冷却，从而改变金属表面的化学成分和组织结构，赋予金属表面新的物理、化学及机械性能。金属表面渗硼技术是提高金属表面耐磨性能非常便捷的一种工艺方法。1.2 磨损磨损是一种伴随摩擦产生的表层材料微量损失现象，它是一个十分复杂的表面微观破坏过程，它不仅取决于金属材料本身所固有的成份，组织和性能，而且还受许多外界因素所影响。磨损性能实际上是一个系统的性能，是金属本身，相配材料和工作条件的综合表现。磨损会降低机械设备的运动精度，会缩短机器的使用寿命，甚至会使机器完全丧失工作能力。因此，为了减少磨料磨损所造成的经济损失，研究磨损理论磨损工矿和不断发展抗磨材料是国
12、内外同行研究的热点和难点。磨损的分类方法很多，目前为大多数人公认的乃是按磨损机理进行的分类，即磨料磨损、粘着磨损、接触疲劳磨损和腐蚀磨损。据估计，在工程实践中，磨料磨损约占全部磨损现象的50%，是造成金属磨损的一个最普遍、最重要的原因。为此，本文着重介绍磨料磨损的基本概念，磨损机理，控制磨料磨损的因素和一些常用的抗磨料磨损的耐磨合金，为进一步研究磨料磨损和提高磨损件的寿命提供一些线索。1.2.1 粘着磨损粘着磨损也称咬合磨损或摩擦磨损，粘着磨损是在法向加载下，两物体接触表面相对滑动时产生的磨损。磨损产物通常为小颗粒状，从一个物体表面粘附到另一个物体表面上，然后在继续的摩擦过程中，表面发生断裂，
13、有时还发生反粘附，即被粘附到另一个表面上的材料又回到原来的表面上，这种粘附反粘附往往使材料以自由磨屑状态脱落下来。粘着磨损产物可以在任意的循环中形成，粘着以后的断裂分离，并不一定在最初的接触表面产生。1.2.2 接触疲劳磨损接触疲劳磨损是一种很常见的磨损形式，主要发生在承受周期性的接触载荷或交变应力的机器零件表面上，如滚动轴承，车轴，齿轮，钢轨等，这种形式的磨损也叫做接触疲劳磨损。疲劳磨损的定义：当两个接触体相对滚动或滑动时接触区形成的循环应力超过材料的疲劳强度的情况下，在表面层将引发裂纹并逐步扩展，最后使裂纹以上的材料剥落下来的磨损过程；1.2.3 腐蚀磨损腐蚀磨损是一种极为复杂又很常见的磨
14、损形式，它是材料受腐蚀和磨损综合作用的磨损过程。腐蚀磨损最常见的是氧化磨损，氧化磨损的实质是在金属表面与气体介质发生氧化反应，生成单分子氧化膜，厚度逐渐增加，但增长速度岁时间推移，按指数规律而减少，多数金属表面氧化膜厚度为10-10cm，有些氧化膜相当硬，若在滑动过程不再增加或不被磨去，足以起到保护作用，但氧化膜过厚易产生断裂和剥落，被剥落的氧化物本身在摩擦面之间就行成了腐蚀磨损。1.2.4 磨料磨损1.2.4.1 磨料磨损的概念及分类磨料磨损主要是指硬的磨粒或硬的突出物在与表面相互接触运动的过程中，使表面材料发生损耗的一种现象或过程。磨料磨损时，作用在质点上的力分为垂直分力和水平分力，前者使
15、硬质点压入材料表面，而后者使硬质点与表面之间发生相对位移，硬质点与材料相互作用的结果，是被磨损表面产生犁皱或切削，形成磨损或在表面留下沟槽。磨料磨损一般分为低应力擦伤式磨料磨损、高应力磨料磨损和凿削式磨料磨损。第一，低应力擦伤式磨料磨损是指磨料与材料表面之间的作用力小于磨料本身压溃强度时产生得力，摩擦结果时在材料表面只发生微小的划痕。既不致使磨料破碎又能使材料不断流失的磨损方式，宏观可见磨损表面比较光亮，高倍观察可见微细的磨沟或微坑一类磨伤。典型零件如农机具的磨损、洗煤设备的磨损、运输设备的溜槽、料仓、漏斗、料车等。第二，高应力磨料磨损也称碎式磨料磨损，当磨料与材料的接触压应力大于磨料的压溃强度时，一般金属表面被拉伤，韧性材料产生塑性变形，脆性材料发生碎裂或剥落。该类磨损的磨粒在压碎之前，几乎没有滚动和切削的可能，它对被磨表面的作用是由接触处的集中压应力造成的。典型零件是球磨机的磨球与衬板等滚式破碎机中的辊轮等。第三，凿削式磨料磨损的产生主要由磨料中的
