鄭州大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：低碳鋼表面滲硼層在低應(yīng)力條件下耐磨性能的研究Studyonwearresistanceofboronizinglayeronmetalsurfaceoflowcarbonsteelatlowstressconditions學(xué)生姓名指導(dǎo)教師專(zhuān)業(yè)材料科學(xué)與工程（成型）學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院2010年6月3日I摘要本文研究了低碳鋼表面的滲硼工藝及滲層在低應(yīng)力條件下耐磨性能。研究采用的工藝變量為滲硼時(shí)間、滲硼溫度和滲劑配方，試驗(yàn)所用的母材材料為20鋼和40Cr。滲劑配方由供硼劑、活化劑、還原劑和填充劑組成。本文共選用四種工藝來(lái)進(jìn)行滲硼實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)滲硼之后材料的耐磨性能大大提高。在不同條件下，滲硼層的厚度、硬度和脆性也有很大差別。滲硼層主要是是由FeB和Fe2B兩相組成，且顯微硬度達(dá)到1700HV，具有很高的硬度和耐磨性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)滲層硬度梯度對(duì)材料的使用壽命也有很大的影響，降低硬度梯度對(duì)材料有重要的意義，可以通過(guò)對(duì)滲后試樣的熱處理來(lái)減小硬度梯度和改善材料的組織，提高材料的性能。關(guān)鍵詞：表面滲硼；工藝；耐磨性能IIAbstractInthispaper,theboronizingprocessandwearresistanceofboronizinglayerunderlowstressisstudied.Thisarticleusesboronizingtime,temperatureandpenetrationformulaasprocessvariables,anduses20steeland40Crassamplematerial.Penetrationformulaformedbytheforboron,activator,reducingagentandfillers.Fourtypestechnologyareusedtoconductboronizingexperiments.Byexperimentalanalysis,foundthatthewearresistanceincreasedgreatlyafterboronizing.Thethickness,hardnessandbrittlenessofboronizinglayeraregreatdifferent.Boronizinglayerismainlybythetwo-phaseFeBandFe2B,thehardnessofboronizinglayerreaches1700HV,andithashighhardnessandwearresistance.Thehardnessgradienthasagreatinfluencetothelifetimeofmaterial,so,howtoreducethehardnessgradientisimportant.Wecanreducethehardnessgradientandimprovetheorganizationofmaterialsbyheat-treatmenttoimprovethematerialperformance.Keywords：surfaceboronizing；technology；wearresistancei目錄摘要.IABSTRACT.II目錄.I1概述.11.1前沿.11.2磨損.11.2.1粘著磨損.21.2.2接觸疲勞磨損.21.2.3腐蝕磨損.21.2.4磨料磨損.21.3耐磨性.31.4表面滲硼工藝.41.4.1滲硼工藝簡(jiǎn)介.41.4.2滲硼工藝目的.41.4.3滲硼工藝分類(lèi).41.4.4滲硼過(guò)程中的化學(xué)反應(yīng).51.4.5滲硼層的組織與性能.61.4.6滲硼工藝的優(yōu)缺點(diǎn).71.5選題意義和需要解決的問(wèn)題.71.5.1選題意義.71.5.2需要解決的問(wèn)題.72實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.92.1滲硼工藝.92.1.1母材的選取.92.1.2滲劑配方的選用.92.1.3滲前準(zhǔn)備.92.1.4混裝與裝罐.102.1.5滲硼過(guò)程控制.102.1.6滲后試樣檢查與缺陷分析.102.2試樣的制作.102.2.1試樣的選取.102.2.2制作金相試樣.112.2.3金相觀(guān)察.122.2.4顯微硬度的測(cè)量.123實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析.133.1滲硼層的顯微組織觀(guān)察.133.2顯微硬度分析.143.2.1顯微硬度.143.2.2滲硼溫度對(duì)滲硼層顯微硬度的影響.16ii3.2.3保溫時(shí)間對(duì)滲硼層顯微硬度的影響.163.3滲層的耐磨性.173.4滲層組織的缺陷.183.4.1內(nèi)裂紋.183.4.2滲層厚薄不均.193.5滲硼層的脆性.193.5.1滲硼層本質(zhì)脆性.193.5.2滲硼層中致脆組織形態(tài).203.5.3滲硼層中的致脆碳化物.204結(jié)論.21參考文獻(xiàn).22附件1：.23附件2:.24附件3：.25附件4：.26附件5：.27外文翻譯.28外文原文.36致謝.4511概述1.1前沿金屬材抖與其它物體接觸并產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)和摩擦?xí)r，在接觸應(yīng)力作用下，金屬表面的部分物質(zhì)便會(huì)發(fā)生人們所不希望的脫落或轉(zhuǎn)移，這種現(xiàn)象稱(chēng)為金屬的磨損。磨損是一種非常有害的現(xiàn)象,它將造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和自然資源的浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，在失效的機(jī)械零件中，有75%80%屬于磨損造成，供給機(jī)械的能量有大約30%50%消耗于摩擦和機(jī)械零件的磨損過(guò)程中。蘇聯(lián)機(jī)器制造產(chǎn)品因磨損所造成的損失每年達(dá)100-120億盧布,美國(guó)每年因磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失估計(jì)為1000億美元,而西德估計(jì)為100億馬克。可見(jiàn)，研究金屬磨損，提高金屬的耐磨性和發(fā)展耐磨合金具有何等重要的意義。有資料表明，我國(guó)用于冶金、礦山、建材、電力等部門(mén)的破碎、制粉、排漿等設(shè)備的易損件，每年消耗百萬(wàn)噸以上。然而普通材料的耐磨性差，開(kāi)發(fā)、研制、推廣新型抗磨材料和先進(jìn)的耐磨鑄件生產(chǎn)工藝具有重要意義。耐磨材料是一大類(lèi)具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的新型材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)等高技術(shù)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料，同時(shí)也對(duì)改造某些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如農(nóng)業(yè)、化工、建材等起著重要作用，耐磨材料是新材料領(lǐng)域的核心，對(duì)高新技術(shù)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)和支撐作用，在全球新材料研究領(lǐng)域中，耐磨材料約占85%。耐磨材料種類(lèi)繁多，當(dāng)前使用最為普遍的是金屬耐磨材料，然而一般的金屬耐磨材料在某些工作環(huán)境下也達(dá)不到要求，必須在整體強(qiáng)化的基礎(chǔ)上采取措施進(jìn)一步強(qiáng)化其工作表面，這就是所謂的表面技術(shù)。表面改性是表面技術(shù)里的一個(gè)分支，即采用某種工藝手段使零件表面獲得與基體材料的組織結(jié)構(gòu)、性能不同的一種技術(shù)?；瘜W(xué)熱處理是表面改性中的一種方法，它利用元素?cái)U(kuò)散性能，使合金元素滲入金屬表面的一種熱處理工藝?；竟に囘^(guò)程是：將工件置于含有某種化學(xué)元素的介質(zhì)中加熱保溫，使活性介質(zhì)通過(guò)分解，使某種元素滲入鋼鐵表面的原子向金屬表面擴(kuò)散滲入形成一定厚度的擴(kuò)散層，然后以適當(dāng)?shù)姆绞嚼鋮s，從而改變金屬表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，賦予金屬表面新的物理、化學(xué)及機(jī)械性能。金屬表面滲硼技術(shù)是提高金屬表面耐磨性能非常便捷的一種工藝方法。1.2磨損磨損是一種伴隨摩擦產(chǎn)生的表層材料微量損失現(xiàn)象，它是一個(gè)十分復(fù)雜的表面微觀(guān)破壞過(guò)程，它不僅取決于金屬材料本身所固有的成份，組織和性能，而且還受許多外界因素所影響。磨損性能實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)的性能，是金屬本身，相配材料和工作條件的綜合表現(xiàn)。磨損會(huì)降低機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度，會(huì)縮短機(jī)器的使用壽命，甚至?xí)箼C(jī)器完全喪失工作能力。因此，為了減少磨料磨損所造成的經(jīng)濟(jì)損失，研究磨損理論磨損工礦和不斷發(fā)展抗磨材料是國(guó)內(nèi)外同行研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。磨損的分類(lèi)方法很多，目前為大多數(shù)人公認(rèn)的乃是按磨損機(jī)理進(jìn)行的分類(lèi)，即磨料磨2損、粘著磨損、接觸疲勞磨損和腐蝕磨損。據(jù)估計(jì)，在工程實(shí)踐中，磨料磨損約占全部磨損現(xiàn)象的50%，是造成金屬磨損的一個(gè)最普遍、最重要的原因。為此，本文著重介紹磨料磨損的基本概念，磨損機(jī)理，控制磨料磨損的因素和一些常用的抗磨料磨損的耐磨合金，為進(jìn)一步研究磨料磨損和提高磨損件的壽命提供一些線(xiàn)索。1.2.1粘著磨損粘著磨損也稱(chēng)咬合磨損或摩擦磨損，粘著磨損是在法向加載下，兩物體接觸表面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的磨損。磨損產(chǎn)物通常為小顆粒狀，從一個(gè)物體表面粘附到另一個(gè)物體表面上，然后在繼續(xù)的摩擦過(guò)程中，表面發(fā)生斷裂，有時(shí)還發(fā)生反粘附，即被粘附到另一個(gè)表面上的材料又回到原來(lái)的表面上，這種粘附反粘附往往使材料以自由磨屑狀態(tài)脫落下來(lái)。粘著磨損產(chǎn)物可以在任意的循環(huán)中形成，粘著以后的斷裂分離，并不一定在最初的接觸表面產(chǎn)生。1.2.2接觸疲勞磨損接觸疲勞磨損是一種很常見(jiàn)的磨損形式，主要發(fā)生在承受周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力的機(jī)器零件表面上，如滾動(dòng)軸承，車(chē)軸，齒輪，鋼軌等，這種形式的磨損也叫做接觸疲勞磨損。疲勞磨損的定義：當(dāng)兩個(gè)接觸體相對(duì)滾動(dòng)或滑動(dòng)時(shí)接觸區(qū)形成的循環(huán)應(yīng)力超過(guò)材料的疲勞強(qiáng)度的情況下，在表面層將引發(fā)裂紋并逐步擴(kuò)展，最后使裂紋以上的材料剝落下來(lái)的磨損過(guò)程；1.2.3腐蝕磨損腐蝕磨損是一種極為復(fù)雜又很常見(jiàn)的磨損形式，它是材料受腐蝕和磨損綜合作用的磨損過(guò)程。腐蝕磨損最常見(jiàn)的是氧化磨損，氧化磨損的實(shí)質(zhì)是在金屬表面與氣體介質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)，生成單分子氧化膜，厚度逐漸增加，但增長(zhǎng)速度歲時(shí)間推移，按指數(shù)規(guī)律而減少，多數(shù)金屬表面氧化膜厚度為10-10cm，有些氧化膜相當(dāng)硬，若在滑動(dòng)過(guò)程不再增加或不被磨去，足以起到保護(hù)作用，但氧化