表面织构-活性屏离子氮化复合处理对38CrMoAl钢摩擦学行为的影响

【目的】38CrMoAl钢是液压泵柱塞常用材质之一,其表面性能对液压泵长寿命安全服役尤为重要。磨损是液压泵柱塞的主要失效方式,采用表面强化处理能够突破其性能极限,是实现液压泵高性能、高可靠运行的有效途径。【方法】采用表面织构化和活性屏离子氮化的复合处理工艺对38CrMoAl钢进行表面形性调控,以期实现其表面强化方法。先利用激光加工技术在38CrMoAl钢表面制备凹坑织构,再对38CrMoAl钢和表面织构化38CrMoAl钢进行活性屏离子氮化处理。借助球-盘式摩擦磨损试验机研究表面织构-活性屏离子氮化复合处理对38CrMoAl钢摩擦学行为的影响。【结果】结果表明,38CrMoAl钢表面生成了ε-Fe2-3N、γ'-Fe4N和CrN;氮化层表面致密且无明显裂纹和孔洞;氮化层均匀、连续,由白亮层和扩散层组成。氮化层的截面硬度呈梯度分布,试样表面硬度最高,随着距表面距离的增大,硬度逐渐降低。38CrMoAl钢相关试样与Al_(2)O_(3)球的干滑动摩擦结果可知,38CrMoAl钢的摩擦系数为0.40,而表面织构-活性屏离子氮化38CrMoAl钢的摩擦系数为0.36;经复合处理后,38CrMoAl钢的磨损失重降低了92.5%.复合处理显著提高了38CrMoAl钢的摩擦学性能。

离子渗氮对38CrMoAl钢组织及摩擦磨损性能影响

560℃下,以氮气和氩气的混合气体为氮源,对38CrMoAl钢表面进行离子渗氮,研究了离子渗氮后38CrMoAl钢的磨擦磨损性能。结果表明,随着混合气体中N2体积分数增大,渗氮层厚度增加,渗氮层表面硬度呈现先增大后减小的趋势。通过调节混合气体中N_(2)的体积分数,可以改变活性氮原子数量从而改变渗氮层的物相组成,当N_(2)和Ar体积比2∶3时,渗氮层中以γ′-Fe4N相为主相、ε-Fe_(2-3)N相为次相;当N2和Ar体积比3∶2时,渗氮层中ε-Fe_(2-3)N相成为主相、γ′-Fe_(4)N相为次相。与基体材料相比,离子渗氮试样具有更小的摩擦系数,耐磨性得到提高,在N2和Ar体积比3∶2时,渗氮试样的化合物层厚度为21.4μm,平均摩擦系数达到0.26,表现出良好的耐磨性。摩擦磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损。

激光熔覆-渗氮复合改性38CrMoAl钢及耐腐蚀性能

目的增加38CrMoAl渗氮钢海洋环境下耐腐蚀性能。方法采用激光熔覆设备和等离子体渗氮炉,在38CrMoAl表面先后进行FeCoCrNiAl0.5高熵合金(HEA)涂覆和离子渗氮处理,同时对激光熔覆-渗氮复合处理的38CrMoAl进行机理和耐蚀性分析。结果复合处理38CrMoAl表面生成厚度约为0.6mm高熵合金(HEA)+0.35μm氮化高熵合金(HEAN)改性层,氮化HEA层组织结构由HEA的单一FCC结构转变为复相(FCC+AlN+CrN)结构,基体、HEA和氮化HEA层的平均硬度分别为400、225、1164HV,复合处理后38CrMoAl盐雾试验下6 d后表面开始出现蚀坑,而未经过任何处理的38CrMoAl表面2 d后即出现明显的腐蚀现象。结论激光熔覆-氮化复合处理能够有效改善38CrMoAl的耐腐蚀性能,中间的软韧型HEA层不仅增加了侵蚀性离子的扩散壁垒,还可作为高硬度表层和基体之间的缓冲介质而避免表面脆化。

38CrMoAl钢表面渗氮与激光淬火复合改性层的组织和性能及厚度预测

对38CrMoAl钢进行460℃渗氮8,16h与激光淬火处理,研究了复合改性层的组织和性能;利用Matlab软件与Abaqus有限元软件对复合改性层的氮浓度分布场和激光淬火温度场进行数值模拟,预测不同工艺下复合改性层的厚度,并进行试验验证。结果表明:复合改性层表面组织为含过饱和氮的马氏体,次表面为淬火马氏体,同时复合改性层中还存在铁的氧化物(Fe_(3)O_(4),FeO,Fe_(2)O_(3))和铁的氮化物(ε-Fe_(2-3)N、γ'-Fe_(4)N)组成,且16h渗氮+激光淬火得到氮化物的含量更多。不同工艺处理后复合改性层截面硬度分布曲线中存在平台区,16h渗氮+激光淬火后复合改性层平台区的硬度为720HV,比8h渗氮+激光淬火的复合改性层高约100HV;8,16h渗氮+激光淬火后复合改性层的厚度分别为530,590μm。与8h渗氮+激光淬火相比,16h渗氮+激光淬火后复合改性层的稳定摩擦因数和磨损体积均较低,分别为0.293,1.012mm^(3),耐磨性能较优。预测得到8,16h渗氮+激光淬火后复合改性层的厚度分别为531,583μm,相对误差小于3%,验证了预测方法的有效性。

基于响应曲面法的切削38CrMoAl材料表面粗糙度预测模型和优化

38CrMoAl材料具有优良的力学性能,被广泛应用在精密传动系统中,其应用工况对零件的表面质量要求较高,机械加工过程中,各因素相互耦合,影响零件的表面粗糙度,很难建立显式的关系式。本文基于响应曲面复合设计方法进行切削加工试验,建立38CrMoAl材料数控车削过程中的预测模型,采用Design-Expert 13软件对表面粗糙度进行回归系数及方差分析,对数控车削加工参数进行优化。通过试验分析得出切削最优参数:切削转速2500mm/s、进给量0.1mm/r、切削深度0.25mm时,38CrMoAl材料表面粗糙度达到最小。该项研究为企业加工此类材料提供了理论依据。

38CrMoAl合金钢连铸坯高温力学性能研究

采用Gleeble1500热模拟机对38CrMoAl合金结构钢连铸坯在600~1350℃温度范围内的高温力学性能进行了测试,借助扫描电镜观察了高温拉伸后的断口形貌,结合断口金相组织形貌观察分析了断口断裂机理,系统分析了不同温度下钢的应力-应变曲线、高温强度及热塑性情况。结果表明,38CrMoAl合金结构钢连铸坯在高温温度区域发生了动态再结晶,增加了软化的作用,钢的塑性迅速提高,未发现第Ⅰ脆性区,第Ⅲ脆性区为600~1089℃,主要是由于AlN第二相粒子沿晶界析出和奥氏体向铁素体转变优先在晶界处析出了薄膜状α铁素体导致。通过对钢的高温力学性能研究,确定了易发生裂纹缺陷的脆性温度范围,为制定连铸二次冷却过程各种工艺参数提供了重要基础依据。

表面粗糙度对38CrMoAl钢渗氮层组织和性能的影响

通过比较不同表面粗糙度的试样经氮化处理后其渗氮层组织、性能,研究表面粗糙度对38CrMoAl钢渗氮层组织和性能的影响。结果表明:随着表面粗糙度均值增大,渗氮层的白层和扩散层也对应增大,表面粗糙度均值增大到Ra=1.46μm后,渗氮效率趋于稳定,当表面粗糙度均值达到Ra=3.24μm时,渗氮层的白层和扩散层达到最大,分别达到24μm和360.8μm。渗氮层表面硬度随表面粗糙度均值增大略有降低,但不显著,而表面脆性级别随着表面粗糙度均值增大由3级降至2级。渗氮层硬度梯度随着表面粗糙度均值增大而趋于平缓,这有利于改善渗氮层的应力分布。

38CrMoAl/QT600-3摩擦副摩擦磨损行为研究

目的研究实际工况下氮化处理的38CrMoAl/QT600-3摩擦副的磨损机理,为提高摩擦副的服役寿命提供指导。方法模拟实际工况,采用往复式摩擦磨损试验机进行摩擦磨损试验,结合显微维氏硬度计、金相显微镜、XRD分析摩擦副氮化处理后的硬度和组织,借助LSCM、SEM分析其磨损形貌,使用EDS分析其磨损表面化学成分。结果氮化处理后,38CrMoAl白亮层厚度为26μm,主要由ε相、γ′相组成,表面硬度平均为1112.8HV0.3,扩散层主要是α相,硬度呈梯度下降,即使白亮层磨损,扩散层依然具有较高的硬度;QT600-3白亮层厚度为16μm,主要由ε相、γ′相和石墨组成,表面硬度平均为960.4HV0.3,扩散层由α相和石墨组成,白亮层磨损后,扩散层硬度急剧下降,接近基体硬度。本试验条件下,38CrMoAl/QT600-3摩擦副磨损过程分3个阶段,即38CrMoAl白亮层对磨QT600-3白亮层、38CrMoAl白亮层对磨QT600-3扩散层、38CrMoAl扩散层对磨QT600-3扩散层,前2个阶段摩擦因数曲线稳定,摩擦因数介于0.5~0.6之间,磨损机理主要以磨粒磨损和疲劳磨损为主,其中第2阶段发生了氧化磨损,第3个阶段以黏着磨损和氧化磨损为主,此阶段摩擦副出现严重的擦伤、胶合,导致摩擦因数曲线噪音较大。结论提高白亮层的硬度、韧性以及厚度,可以增加摩擦副的服役寿命。

氨水浓度对38CrMoAl钢液相等离子体电解渗氮层显微组织及性能的影响

在不同氨水浓度的电解液中,采用液相等离子体渗透技术在38CrMoAl钢表面制备了渗氮层。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等对渗氮层的显微组织、相组成进行了观察和分析,并采用Parstat2273电化学工作站测试了渗氮层的耐蚀性能,并对其显微硬度和耐磨性进行了测试,研究了氨水浓度对38CrMoAl钢液相等离子体渗氮显微组织与性能的影响。结果表明:随着氨水浓度的增大,渗氮层中的白亮层厚度呈增加趋势,分布着针状的氮化物和细小碳化物的扩散层厚度和渗氮层最大显微硬度值呈先增加后降低的趋势;当氨水浓度为60%时,渗氮层厚度达160μm,其中扩散层为112μm,渗氮层硬度最高为1023 HV0.1,约是基体硬度的3.5倍;渗氮层主要以Fe_(2)N、Fe_(3)N相等为主;渗氮层的耐磨性能和耐腐蚀优于基体。

38CrMoAl锻件裂纹原因分析及整改措施

在试验过程中,发现曲臂锻件定位面根部R2角处有裂纹。曲臂开裂的主要原因为热处理时淬火冷却速度不够,形成上贝氏体回火组织+少量回火索氏体,最终冲击功值偏低所致。进行验证性试验并提出相应整改措施。

稀土对38CrMoAl钢离子渗氮层结构和性能的影响

研究了稀土对 38Cr Mo Al钢离子渗氮层微观结构和性能的影响。结果表明 :加稀土离子渗氮后 ,化合物层中γ 相的含量明显增加 ,且在距表面 0 .0 8mm扩散层处存在许多小位错环、位错和胞状亚结构 ;加稀土离子渗氮的表面硬度和普通离子渗氮相近 ,而耐磨性和耐热疲劳性优于普通离子渗氮 ,在渗层厚度增加的情况下 ,渗层脆性并不增加。

38CrMoAl液压柱塞无白亮层低温离子渗氮工艺研究

对38Cr Mo Al液压柱塞进行低温离子渗氮,研究不形成白亮层的工艺条件。采用金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、摩擦磨损试验机对处理后的38Cr Mo Al钢显微组织、截面硬度、渗层脆性、耐磨性进行了分析。研究结果表明,相比于510℃常规离子渗氮工艺,38Cr Mo Al钢经450℃低温离子渗氮工艺处理后无白亮层产生,X射线衍射分析表明表层无γ'-Fe4N相生成。同时,38Cr Mo Al钢经450℃低温离子渗氮工艺处理后,不仅截面硬度满足使用要求,而且渗层脆性显著降低,压痕周围均无裂纹产生。耐磨性研究表明,在较大载荷下,450℃低温离子渗氮后耐磨性比510℃常规离子渗氮好。

38CrMoAl钢激光淬火研究

利用连续波CO2 激光束 ,对 38CrMoAl钢进行了激光表面淬火研究 ,测量了淬硬层厚度和硬度分布 ,并对其金相组织进行了观察和分析。结果表明 ,38CrMoAl钢激光淬硬层的硬度可达 85 0HV0 3,是未淬火基体的 3～ 4倍。激光淬火层分为均匀相变区和过渡区 ,均匀相变区组织由均匀细化的位错马氏体 (包含少量残留奥氏体 )组成 ,过渡区为板条马氏体和未溶铁素体的混合组织。在激光功率和离焦量一定的条件下 ,硬化层厚度和宽度均随扫描速度增加而减小 ,而淬硬层硬度首先随扫描速度的增加而增加 ,达到一最大值时又呈下降的趋势。在离焦量4 8mm ,功率 1 8kW的条件下 ,38CrMoAl钢激光淬火的最佳扫描速度是 2 0mm/s。

38CrMoAl钢离子渗氮微观结构的研究

为了研究 38CrMoAl钢渗氮层的微观结构和Al在钢中的作用 ,用X射线衍射对比分析了 38CrMoAl钢和 32Cr2MoVA钢。结果表明 ,38CrMoAl钢中Al的分布极不均匀 ,使ε相在各个微区的点阵常数不同 。

内孔等离子喷涂Ni45-15%Mo涂层与38CrMoAl渗氮层耐磨性研究

采用内孔等离子喷涂技术在内径φ150mm的发动机气缸套内表面38CrMoAl基体上,在开放条件下制备Ni45–15%Mo涂层,并与缸套内表面渗氮硬层,在边界润滑条件下进行了环块滑动摩擦磨损对比试验。对内孔喷枪的粒子飞行速度进行了在线监测研究,对喷涂层与渗氮层的显微组织、显微硬度、结合强度对耐磨性的影响进行了分析。结果表明,38CrMoAl基上内孔等离子喷涂层与渗氮层相比磨损量减小0.3mg,摩擦因数减小0.02,涂层摩擦偶件表面损伤小于渗氮层偶件,涂层综合摩擦学性能优于渗氮层。

激光冲击次数对38CrMoAl钢渗氮耐磨损性能的影响

为提高38CrMoAl钢渗氮层质量和耐磨性能,提出了激光冲击处理增强渗氮的组合方法。利用球磨实验分析了不同激光冲击次数下渗氮的耐磨性能,采用SEM和XRD研究了激光不同冲击次数对38CrMoAl渗氮的微观组织和相成分的影响。结果表明随着冲击次数的增加,试样的比磨损率先降低后增加。从微观组织和相分析两个方面讨论了冲击次数对渗氮耐磨性能的影响机理激光冲击强化可促进渗氮的过程。在没有新相形成的条件下,随着激光冲击次数的增加,试样的表层形成的氮化物颗粒增大、数量增多,固溶强化和第二相强化作用增强,从而提高其耐磨性能。但当冲击次数继续增加,大量的氮化物沿晶界成网状分布时,就会降低38CrMoAl钢的耐磨性能。

具有纳米结构表层的纯铁和38CrMoAl钢的渗氮(英文)

通过表面机械研磨技术 (SMAT) ,在纯铁和 38CrMoAl钢样品表面产生大量的塑性应变 ,致使其表层晶粒细化至纳米量级 .随后的气体渗氮实验表明 ,纳米纯铁和 38CrMoAl钢发生渗氮反应的温度大大低于传统粗晶材料 ( >5 0 0℃ ) ,分别降至约 30 0℃和 40 0℃ .这种低温渗氮过程不仅有利于降低渗氮工件的变形和能耗 ,也为选择性渗氮技术的实现提供了新途径 .

激光冲击波增强38CrMoAl钢渗氮耐磨性能研究

为提高38CrMoAl钢渗氮层的质量和耐磨性能,提出并采用激光冲击增强渗氮的方法,进行了不同处理状态试样的磨损性能试验,采用XRD、SEM对试样微观组织进行分析,并探讨激光冲击增强渗氮的机理.试验结果表明:与渗氮相比,激光冲击波处理后渗氮试样的比磨损率为9.47×10-15m3/Nm,降低了50%,其表面显微硬度提高了12%;激光冲击波作用使表层材料产生高密度位错,甚至细化晶粒,从而在渗氮过程中增加了扩散通道,使更多的N原子间隙固溶到α-Fe中,对渗层起到了固溶强化的作用;形成的渗氮层微观组织致密,无缺陷,大量氮化物沿晶界高度弥散均匀分布,起到弥散强化的作用,从而提高了材料耐磨性能.

优化脱氧工艺提高38CrMOAl钢连浇成功率

研究了连铸38CrMoAl钢(/%:0.35～0.42C、0.20～0.45Si、0.30～0.60Mn、1.35～1.65Cr、0.15～0.25Mo、0.70～1.10Al)夹杂物类型和形成原因。通过优化脱氧制度:提高60 t EAF终点[C]≥0.010%,保持高碱度渣(R≥2.5),出钢前2～3 min向熔池喷吹碳粉,控制(FeO),出钢过程减少Si-Fe加入量;LF喂铝线并用铝粒扩散脱氧,采用(/%)50～60CaO、10～15SiO_2、15～20Al_2O_3、≤0.7(FeO+MnO)、≤5MgO高碱度渣;做好VD后保护浇铸,有效地降低钢中Al_2O_3类型非金属夹杂物。结果表明,优化工艺后38CrMoAl钢连浇炉数达到9炉,夹杂物废品率≤1%。

循环等离子渗氮工艺对38CrMoAl钢渗氮层组织和性能的影响

试验了38CrMoAl钢(%:0.35～0.42C、1.35～1.65Cr、0.15～0.25Mo、0.70～1.10Al)280 Pa 560℃.12 h常规渗氮和170 Pa 560℃3 h快冷至室温循环等离子渗氮对渗氮层组织、硬度、硬度梯度和耐磨性的影响。结果表明,循环等离子体渗氮工艺有利于表层ε相分解,更有利于氮渗入钢中γ′相;在获得相同的渗层表面硬度和硬度梯度下,循环等离子渗氮速度明显高于常规渗氮速度,并改善渗氮后钢的耐磨性。