热作模具钢h13表面纳米化加低温渗硼复合处理的研究

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1、上海大学硕士学位论文热作模具钢H13表面纳米化加低温渗硼复合处理的研究摘要为了提高热作模具钢H13的性能，延长模具的使用寿命，本课题对其在表面机械研磨(SMA)处理的基础上，采用不同方法的渗硼工艺(固体渗硼以及等离子渗硼)，在表面产生一层硬度极高的渗硼层。着重研究了SMA处理对后续渗硼的影响。通过扫描电子显微分析技术(SEM)、透射电子显微分析技术(TEM)、显微硬度试验和热稳定性试验，对SMA处理后变形层的厚度，晶粒尺寸，截面硬度梯度以及热稳定性能进行了较详细的分析；同时应用辉光放电发射光谱技术(GDOS)、X射线衍射分析技术(Ⅺ①)、显微金相技术及SE

2、M技术分别对H13钢渗硼后的元素逐层分布情况、表层相组成以及渗层厚度进行了探讨。此外还对SMA处理前后固体渗硼动力学进行了研究，算出了两种情况下的渗硼激活能，得到了不同的渗硼温度、时间同渗层厚度之间的关系式。最终提出了表面纳米化之后实施低温渗硼的新型工艺。研究的结果如下所示：1．SMA处理40rain后，表面发生了严重的塑性变形，形成大约10ttm厚的变形层，该层晶粒发生明显的细化，平均尺寸为8rim，达到纳米级。2．表面纳米层的硬度达到HV730，并且硬度梯度曲线比较平缓，与基体有着良好的结合力。3．在520℃以及700"C保温后，虽然纳米晶粒发生明显长

3、大。但在等离子渗硼的处理条件700"Cx3h下，平均晶粒尺寸仍然保持在60nm左右，具有较好的热稳定性。4．渗硼后得到的渗硼层由表面的硼化物层和次表面硼的扩散层组成，其中硼化物层呈锯齿状。5．预先表面纳米化处理可以大大提高渗硼的效率。6．对于固体渗硼，表面纳米化之后在700。CxSh的条件下便可以看到锯齿状的Fe2B相，渗硼层厚度约为9ttm：而在高温下，表面纳米化后的渗硼层也要明显厚于原始表面，其中的硼化物都是Fe2B相。上海大学硕士学位论文热作模具钢H13表面纳米化加低温渗硼复合处理的研究7．表面纳米化显著提高了渗硼驱动力，固体渗硼的激活能由原先的21

4、3．92kJ／mol降低至144．83kJ／tool。8．对于等离子渗硼，在650"Cx3h处理后，纳米化表面便有Fe2B相出现，次表面为扩散层，硼的最高浓度达到7％，总渗入深度为30ttm左右；在70012x3h处理后，由于表面硼含量相对较高，除了Fe2B相，还出现了含硼更高的FeB相。而对于原始表面，在650‘C×3h处理后表面没有任何硼化物出现，只产生了一定的扩散层。关键字：热作模具钢H13，表面纳米化，热稳定性，低温渗硼，渗硼动力学Ⅱ上海大学硕士学位论文热作模具钢H13表面纳米化加低温渗硼复合处理的研究ABSTRACTInordertoimprov

5、ethepropertiesofhotworksteelH13andprolongtheworkinglifeofmoulds．$urfacemechanicalattritiontreatment(SMAT)wascombinedwitllpackandplasmaboridingunderdifferentprocessing．Afterthetreatment，abofidelayerwimIli曲hardnessformedonthesurface．TheinfluenceofSMATonboridingwasemphasizedinthestud

6、y．Bymeansofscanningelectronicmicroscope、transmissiondectronicmicroscope、hardnesstestsandthermalstabilityexperiments，thethicknessandgrainsizeofthesurfacedeformationlayer、thehardnessgradientoftheCROSS·sectionandthethermalstabilitypropertieswereanalyzed．Meanwhile,glowdischargeoptical

7、emissionspectroscopy、X-raydiffraction、scanningelectronicmicroscopeandmicro-metallographytechnologywereusedtoinvestigatetheelementdistributionalongthedepth、phasecompositionandthicknessoftheboridelayer．Furthermore．packboridingkineticsWerCstudied．111eactivationenergyWaScalculated．Rel

8、ationshipbetweendifferentboriding