m50钢喷丸与等离子体离子注入复合改性层组织结构及性能

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1、硕士学位论文M50钢喷丸与等离子体离子注入复合改性层组织结构及性能MICROSTRCTUREANDPERFORMANCEOFHYBRIDMODIFIEDLAYERSOFM50STEELBYSHOTPEENINGANDPLASMA-BAESDIONIMPLANTATION孙佩玲哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TB331学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文M50钢喷丸与等离子体离子注入复合改性层组织结构及性能硕士研究生：孙佩玲导师：马欣新教授申请学位：工学硕士

2、学科：材料学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB331U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRCTUREANDPERFORMANCEOFHYBRIDMODIFIEDLAYERSOFM50STEELBYSHOTPEENINGANDPLASMA-BAESDIONIMPLANTATIONCandidate:SunPeilingSupervisor:

3、Prof.MaXinxinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:MaterialsScienceAffiliation:SchoolofMater.Sci.&EngDateofDefence:July,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要精密轴承在运行中常常因磨损和疲劳而损坏，而对其进行氮等离子体离子注入能达到有效的表

4、面强化效果，它可以在不改变轴承尺寸精度和滚道粗糙度的前提下，显著地提高轴承的抗磨损能力和抗疲劳性能。为了解决注入层浅的缺点和达到更好的表面强化效果，本文采用氮等离子体离子注入技术及喷丸与等离子体离子注入复合处理技术对M50钢进行表面改性处理，并研究了改性层的组织结构，残余应力梯度及摩擦磨损性能。采用氮等离子体离子注入技术对M50钢进行表面改性，利用GDS、XRD分析注入层成分分布和相结构，利用X射线衍射法测量残余应力梯度，利用球-盘式摩擦磨损试验分析注入层的摩擦性能。研究表明，氮浓度分布深度随着注入温度的升

5、高而增大，主要以过饱和固溶体的形式存在于晶格间隙中；注入层的纳米硬度均有所提高，由原来的11GPa升高至16GPa；氮等离子体离子注入后，表面引入一定的残余压应力值，但是对应力梯度影响不大；试样的摩擦系数与磨痕宽度均比未注入样减小，磨痕宽度减小了37%；工件形状因素对性能有显著影响，对基体加热后进行离子注入，其硬度均匀性较好。采用喷丸与氮等离子体离子注入工艺对M50钢进行复合表面改性发现，喷丸后在马氏体板条界面处产生的大量位错为氮原子提供了快速扩散通道，同时缺陷位置可以容纳更多氮原子，使氮原子饱和浓度大幅增

6、加，在30μm处仍超过10at%；经过复合处理的试样有CrN新相生成，马氏体衍射峰强度大幅度减小；复合改性层的马氏体组织发生了细化，晶界处Fe、Mo、Cr、V的碳化物或氮化物析出；对喷丸强化后的基体再进行机械研磨，表面残余压应力异常高，使基体的残余应力随深度分布很陡峭，热喷丸可以获得较大的塑性变形，使残余压应力更大和分布更深；复合改性层的残余压应力梯度比单一喷丸处理的残余压应力增大，分布更深，残余压应力值增大了37%，分布深度增大了50%；试样的摩擦系数比单一喷丸、单一注入都减小了，比基体的磨痕宽度减少了5

7、1%。关键词：M50钢；离子注入；喷丸与氮离子注入复合处理；残余应力梯度-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWearandfatiguearethecauseofprematurefailureduringprecisionbearingservicetime,andthenitrogenplasma-basedionimplantationisaneffectivesurfacemodificationtechnologyforthebearings,whichcansignificant

8、lyimprovethewearresistanceandfatigueresistanceperformancewithoutchangingthedimensionalprecisionandbearingracewayroughness.Inordertoincreasethethicknessofthemodifiedlayerandachievebettersurfacestrengthening,ni