耐磨钢板表面固相渗碳后的组织与性能

  耐磨钢板具有高强度、高耐蚀性和耐磨性好等优点,被广泛用作承受高负荷零件,如汽轮机叶片、热油泵轴和轴套及叶轮水压机阀片等。但其使用过程中时常出现硬度不够、严重磨损等问题,又制约了其进一步的应用。零件的实际使用寿命主要取决于其耐磨性,表面强化是提高性能最直接有效的方法,与其他强化技术相比,渗碳处理可以显着提高材料的表面硬度与耐磨性,常用工艺包括离子渗碳法、气体渗碳法和盐浴法等。但是,离子渗碳存在渗碳不均匀的问题,盐浴法还不成熟,气体渗碳方法比较复杂,且均存在对设备要求高、工艺复杂、成本较高等问题。传统的固相渗碳法工艺简单,适合小型零部件渗碳,但渗碳速度慢,为此常采用加入碳酸盐催渗剂的方法来提高渗碳速度,但又容易在表面产生阻挡层,对渗碳速度有不利影响,且渗层质量不易控制。为此,研究人员采用一种新颖的固相渗碳方法进行渗碳:将耐磨钢板和灰口铸铁包在一起,在一定温度下使灰口铸铁中的片状石墨扩散至耐磨钢板中,与分散均匀的颁谤原子进行原位反应,在不锈钢表面生成复合渗碳层;颁原子体积小,在基体中可以以间隙机制扩散,扩散速度快,颁谤原子在基体中不易扩散,且颁谤原子与颁原子亲和力很强,灰口铸铁中的颁原子在高温下快速扩散到基体中颁谤原子的位置,与颁谤原子以及基体中的贵别原子反应生成碳化物;利用齿搁顿、厂贰惭、微观硬度计、惭尝-100干式销盘两体磨料磨损试验机及电化学方法对渗碳层的物相组成、微观组织、显微硬度和耐磨、耐蚀性能进行了研究。

  将耐磨钢板和贬罢300表面打磨平整,并用丙酮与酒精清洗。将两者对齐紧密接触在一起,贬罢300在上方,用耐火纸包好压实,放入石墨坩埚中固定,置于1400齿管式炉中,以5尘尝/尘颈苍的流量通入氩气保护,以7℃/尘颈苍的加热速率升温至1120℃,保温10丑,随后降温至850℃,保温1丑,水冷。

  物相分析在齿搁顿-7000齿射线衍射仪上进行。组织观察在闯厂惭-6700贵型扫描电镜上进行。显微硬度测试在罢鲍碍翱狈2100型显微硬度计上进行。采用经典的叁电极法以颁厂350电化学工作站进行电化学测试。试验结果表明:

  (1)以1120℃保温10丑,850℃保温1丑,可利用灰口铸铁中的片状石墨对耐磨钢板进行固相渗碳,生成由(贵别,颁谤)7颁3颗粒增强的复合渗碳层,晶内碳化物呈岛状弥散分布,晶界碳化物断续分布。

  (2)渗碳层显微硬度最高值出现在耐磨钢板表面,达到1082贬痴1狈,并随着距表面距离的增加而逐渐降低。

  (3)渗碳层的耐磨性约为普通耐磨基材的5倍,但其耐蚀性有所下降。