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冷作模具材料TD渗铬碳化物覆层研究

王秋领  
【摘要】: 随着现代工业的迅速发展,模具生产技术水平的高低成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,这就对模具的性能提出了更高的要求,其寿命问题日渐突出。由于模具的损坏大多数是从其表面开始的,故必须进一步强化模具的表面,可见研究和应用先进的表面改性技术对于提高模具的使用寿命、节约成本和提高生产率有着十分重要的意义。在现有的模具表面改性技术中,TD(Thermal Diffusion)盐浴渗铬技术因其具有设备简单、操作方便、生产能力高、成本低、工件冷却方式可任意选择等优点,被认为是模具理想的表面改性技术之一。 作者对冷作模具材料TD渗铬处理进行了初步探讨研究,首先通过对比研究得出较为理想的盐浴渗铬配方,然后研究了不同工艺参数对覆层厚度的影响规律。运用X射线衍射分析技术(XRD)、能谱分析等现代分析手段对覆层的组织形貌特征、物相结构进行系统的研究和分析,并对覆层的硬度、耐磨性等性能进行了较为系统的测试。通过试验研究和综合分析,得到如下主要结论: 1.考虑覆层厚度、盐浴挥发性和流动性等因素时,采用((68.4BaCl2+7.6NaCl)+10Cr2O3+10NaF+4Al)盐浴配方,T10钢可在较低温度下实现渗铬。渗铬覆层主要由Cr7C3相和少量的(Cr,Fe)7C3相组成,覆层厚度均匀,与基体冶金结合。 2.对Cr12、T10和GCr15材料TD渗铬研究表明,覆层厚度与基体中去除“平衡碳”后的含碳量几乎成正比例关系;基体中的强碳化物形成元素,对覆层的生长速率起到阻碍作用;相同工艺条件下,覆层厚度及渗速随温度的升高与时间的延长呈递增趋势。 3.覆层表面显微硬度测试值在2000HV0.05以上,且随基体硬度的增加和渗铬时间的延长,覆层表面硬度有增加的趋势;渗铬试样横截面显微硬度测试表明,覆层硬度和基体硬度之间过渡较为平缓。 4.渗铬覆层可大幅度提高材料表面的抗磨粒磨损性能,磨损表面形貌显示,与其他试验材料相比,TD渗铬试样表面的磨痕细而浅,覆层仅有部分脱落,表明覆层与基体冶金结合状态良好。对覆层表面显微硬度压痕分析表明,压痕形貌的完整性、压痕周边和内侧裂纹的多少与基体对覆层的支撑有直接作用,表明TD渗铬后基体强韧化处理对改善和提高覆层的抗压及抗剥落性能有积极作用。 5.渗铬覆层具有良好的抗高温氧化性能,经800℃加热处理,TD覆层显微硬度仍达2017 HV0.05。 6.渗铬覆层具有优异的耐盐酸腐蚀性,腐蚀试验后的表面形貌显示,TD渗铬试样较其基体材料表面存在较浅和较少的腐蚀坑,表现出良好的耐蚀性。 上述研究结果对于冷作模具钢TD渗铬表面改性及其应用具有重要的参考价值。


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