多次照射下强流脉冲电子束表面改性40Cr的温度场与熔深数值模拟与试验

为深入了解金属材料进行强流脉冲电子束(HCPEB)处理对组织和性能的影响规律以及为推广HCPEB技术进一步应用提供重要理论和试验参考价值,采用数值模拟和试验相结合的方法研究脉冲电子束照射次数对温度场及熔化层深度的影响。基于热传导的数学模型建立了40Cr进行HCPEB表面处理的温度场有限元模型,对27 kV加速电压下不同照射次数的温度场和熔深作了模拟,并与40Cr进行HCPEB的对应工艺参数试验结果作了对比。通过模拟和试验对比解释了熔化层等现象,分析相同电压下照射次数对温度分布的影响规律。结果表明:27 kV加速电压下,较少次数(1~3次)照射的表面温度升高明显;随照射次数增加,照射5~15次时温度升高趋势逐步放缓;照射次数超过17次后温度趋于稳定,继续增加照射次数对于提高表面温度没有作用;模拟得到的熔深特征与试验结果的趋势和规律一致,这表明该模型下进行数值模拟得到的结果具有较高准确性,照射次数增加对温度场与对熔化层组织厚度的影响规律相同,当照射次数超过10次后,熔化层厚度不随照射次数增加而明显增大。

40Cr钢TD盐浴渗钒制备VC渗层的组织形貌

为了延长齿轮钢使用寿命,采用热扩散法盐浴渗钒在40Cr钢表面制备VC渗层,并测得了900~1050℃盐浴渗钒6 h的渗层厚度,利用光学显微镜和扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对VC渗层的组织形貌、物相成分进行了分析,同时对渗层硬度进行了测试。结果发现,40Cr钢表面形成了5~50μm厚的渗层组织,且不同的处理温度造成了不同程度的渗层组织迁移,渗层物相主要由VC和少量α-Fe相组成,同时VC晶粒生长具有VC(111)和VC(200)两个择优取向,且随处理温度升高,择优取向减弱,而渗层对基体表面硬度均有不同程度地提高。