304不锈钢表面等离子渗硼高温摩擦磨损性能的研究

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文304不锈钢表面等离子渗硼高温摩擦磨损性能的研究摘要奥氏体不锈钢具有良好的加工性、光洁亮丽的外观,优异的耐腐蚀性和强韧性，被广泛应用于要求机械性能良好的设备和工件上，如海洋、宇航、军工、化工、能源、日常生活用品等方面。工件工作时表面会承受力的作用，但304奥氏体不锈钢表面硬度低，承载力弱，易产生严重的粘着磨损，由其制成的零件易在表面或者从表面开始发生失效，阻碍304奥氏体不锈钢的进一步应用。为了提高零件在服役期间的可靠性，单纯依靠改变材料整体的性能难度高，耗费大，因此，表面改性技术开始被人们研究和应用。双辉等离子合金

2、化技术能够在材料表面制备出性能良好的改性层，明显提高材料表面的硬度和耐磨性。本文利用双辉等离子表面渗B技术，在304不锈钢表面制备渗硼层，提高304不锈钢室温及高温下的耐磨性。通过对渗硼层的表面形貌、截面形貌、成分分布、相结构、表面硬度、室温及高温摩擦磨损性能的分析，得出如下结论：（1）经过双辉等离子渗硼处理后，304不锈钢改性层表面较基体试样粗糙。硼化层厚度随工艺温度升高和保温时间的延长逐渐增加，材料表面硬度也随之显著提高。当工艺温度为1000℃，保温3h时，表面形成成分呈梯度分布的硼化层，渗层厚度为18.2μm，表面硬度为1556HV0.2，

3、约为基体试样的7.5倍。硼化层主要由FeCrB、Fe2B、FeB和(FeNi)3B相组成。（2）在室温和高温干摩擦条件下，随着渗硼工艺温度的升高和保温时I太原理工大学硕士研究生学位论文间的延长，304不锈钢的耐磨性呈递增趋势，其原因是渗硼层提高了基材表面硬度和抗高温氧化能力。渗硼试样的耐磨性提高的程度表现为600℃＞300℃＞室温，这主要是由于高温下硼化层的抗高温氧化性表现得更为明显。（3）高温磨损环境（600℃）下，基体试样的主要磨损机制是严重粘着磨损伴随着严重的氧化磨损，渗硼试样的磨损机理转变为磨粒磨损、轻微的粘着磨损和氧化磨损，氧化程度较基

4、体试样轻得多。关键词：双辉等离子合金化技术，渗硼，奥氏体不锈钢，表面硬度，摩擦磨损II太原理工大学硕士研究生学位论文STUDYONWEARRESISTANCEOF304STAINLESSSTEELMODIFIEDBYPLASMABORONIZINGATHIGHTEMPERATUREABSTRACTAusteniticstainlesssteelhasgoodworkability,brightappearance,excellentcorrosionresistanceandtoughness.Itiswidelyusedasworkpieces

5、requiredgoodmechanicalproperties,suchasinaspectofmarine,aerospace,military,chemical,energy,dailylifesuppliesandsoon.Theworkingsurfaceofworkpiecesusuallybearsforcedirectly.But304austeniticstainlesssteelexhibitslowsurfacehardnessandweakcarryingcapacity.Theparts,whicharemadeby30

6、4austeniticstainlesssteel,tendtosevereadhesivewearandfailureonthesurfaceorfromthesurface.Theseshortcomingsrestrictthefurtherapplicationof304austeniticstainlesssteel.Inordertoimprovethereliabilityofpartsduringtheservice,solelyrelyingonchangingtheoverallperformanceofthematerial

7、isverydifficultandconsuminglarge.Therefore,surfacemodificationtechnologybegantobestudiedandapplied.Doubleglowplasmaalloying(DG-PSA)technologycanprepareagoodperformancemodifiedlayeronthesurfaceofmaterial,significantlyincreasingsurfacehardnessandwearresistance.InthisIII太原理工大学硕士

8、研究生学位论文paper,thedoubleglowplasmaboronizingtechnologyisusedtomadebori