碳素工具钢TD盐浴铬钒共渗试验研究

作     者：程丰伟 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李爱农

授予年度：2011年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：碳素工具钢 铬钒共渗 碳化钒覆层 表面改性 

摘      要：目前,国内外都在进行TD盐浴渗钒和渗铬技术的开发研究,并在模具表面改性方面得到了不同程度的应用。渗钒能使模具表面获得硬度极高、致密性好、脆性较小的碳化钒覆层,且耐磨性优异。但渗钒温度高、时间长、渗层薄;渗铬可得到较厚的渗层,其抗氧化性好,但渗铬层耐磨性稍差,使其一系列优点得不到充分发挥。在多元共渗中渗剂的相互作用能加快渗速,可获得多种碳化物相组成的覆层,以弥补单一渗层某些性能方面的不足及改善渗层的物理和机械性能。为弥补渗铬层耐磨性稍差和渗钒层较薄的问题,对TD铬钒共渗进行研究具有很重要的实际意义。 本文对碳素工具钢材料TD铬钒共渗进行了初步探讨和研究。首先在900℃×4h条件下,通过六种Cr-V共渗配方进行工艺试验,从硬度和渗层厚度等方面进行对比研究,得出较佳的盐浴铬钒共渗配方;然后用单一渗铬和单一渗钒两种配方与较佳的盐浴铬钒共渗配方对比研究,从渗层硬度和厚度等方面来考察工艺参数的影响,并运用X射线衍射分析技术（XRD）、金相显微镜、扫描电镜（SEM）等现代分析手段,系统分析研究了铬钒共渗层的组织特征、物相结构;并对单一渗铬层、铬钒共渗层和单一渗钒层从耐蚀性、抗氧化性和耐磨性等方面进行了较为系统的测试对比。经过试验研究和系统分析,得到以下重要结论： 1.通过铬钒共渗配方工艺研究,在分析比较共渗层厚度、硬度、工件相对粘盐量和盐浴流动性等因素的基础上,获得优化的盐浴铬钒共渗配方（80.1%Na2B7O4+8%Cr2O3+5%V2O5+4.5%NaF+2.4%B4C）。 2.T10钢分别经850℃、900℃和950℃铬钒共渗4h后,其覆层硬度在共渗温度为900℃时达到了最大值2375HV0.05,覆层硬度、厚度与时间的关系以及覆层厚度与温度的关系都与单一渗铬和单一渗钒相似。 3.铬钒共渗层主要由Cr7C3、Cr23C6、Fe3C、VC、Cr3C2相和少量的V4C3相组成,渗层厚度均匀,致密性和连续性良好,与基体呈良好的结合状态。 4.显微硬度测试表明,铬钒共渗试样的覆层与基体之间交界处的硬度呈平缓过渡。 5.铬钒共渗覆层弥补了渗钒层在抗高温氧化性能方面的不足和渗铬覆层在耐磨性方面的不足,同时具有优异的耐蚀性能及良好的抗剥落性能。 上述研究结果对碳素工具钢TD盐浴铬钒共渗后部分取代低合金钢以降低工模具钢的制造成本和提高性价比具有重要的技术意义。