强流脉冲电子束40CrNiMo7钢表面改性实验研究

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1、硕士学位论文强流脉冲电子束40CrNiM07钢表面改性实验研究Anexperimentalstudyofsurfacemodificationof40CrNiM07steelbyhighcurrentpulsedelectronbeam学号：21002055大连理工大学DalianUniVersityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他

2、已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：塑速丛韭电壬塞垒Q堡!堕i丛Q!铟塞亘邀!眭塞验盟窒作者签名：盔也叠日期：j塑坠年—垒月二丛日大连理工大学硕士学位论文摘要强流脉冲电子束(HCPEB)是一种新型的荷电粒子束技术，在近些年来得到迅速发展。使用强流脉冲电子束处理材料时，工件表层(10‘5～10。6m)产生快速加热(109K／s)和冷却(10。7～108K／s)过程，热影响区范围内的元素分布、应力状态和显微组织发

3、生显著变化，生成亚稳相、超细晶和高密度缺陷等非平衡结构，进而获得常规方法难以实现的表面改性效果。本文利用HOPE．I型强流脉冲电子束装置对40CrNiM07钢进行表面直接改性和表面合金化处理。通过金相显微镜、X射线衍射(X】Ⅷ)、电子探针(EPMA)、显微硬度及摩擦磨损等测试方法，研究HCPEB改性40CrNiM07钢的表层显微组织、元素分布以及表面性能的变化规律。经强流脉冲电子束辐照处理后，40CrNiM07钢表面形成火山坑形貌，原始表层中铁素体和珠光体相的热物理性能(热熔和热导率等)差异是导致熔体喷发的主要原因。使用相同的加速电压

4、进行处理时，熔坑数量随脉冲次数的增加而减少。XRD分析表明，HCPEB改性40CrNiM07钢表层生成马氏体和奥氏体相的混合组织。截面显微组织观察发现，表面重熔层晶粒细小且结构致密，厚度～7．8gm。HCPEB改性样品的表面显微硬度有大幅度提高，由原始表面的313HK升至800HK以上。其中，使用6次脉冲处理样品的表面耐磨性提高最为明显，磨损率较原始样品减少约36％。考察强流脉冲电子束表面合金化工艺，发现预涂碳后进行HCPEB合金化处理的40CrNiM07钢表面仍然会形成熔坑。重熔层平均厚度～7gm，对应原始珠光体组织的重熔层厚度较铁

5、素体处要深～2gm。改性层主要由铁素体、马氏体和奥氏体相组成。在原始表面直接进行HCPEB合金化处理时，表面增碳效果不明显。经过10次HCPEB脉冲预处理再涂碳进行HCPEB合金化处理样品的Y．Fe衍射峰明显增强，电子探针线分析结果表明，此时表面重熔层中碳含量较铁素体增加78％，实现了表面合金化的目的。HCPEB合金化处理40CrNiM07样品的表面平均显微硬度较原始试样显微硬度(190HV)有显著提高，达到355HV。HCPEB合金化处理的40CrNiM07钢表面存在明显的分区现象，对应铁素体区的性能变化机制包括快速熔凝形成的晶粒细

6、化，以及表面熔化阶段从周围珠光体位置获得的扩散碳元素：而对应珠光体区域的强化机制除晶粒细化外，主要归因于急冷作用下的马氏体转变。建议使用HCPEB进行表面合金化处理前进行必要的预处理，获得组织和成分相对均匀的表层组织，减少表面熔坑喷发带来的不利因素。关键词：强流脉冲电子束；40CrNiM07；表面改性；表面合金化；组织结构强流脉冲电子束40CrNiM07钢表面改l生实验研究Anexperimentalstudyofsurfacemodificationof40CrNiM07steelbyhighcurrentpulsedelectro

7、nbeamAbstractHi曲currentpulsedelectronbeam(HCPEB)isanewkindofchargedparticlebeamtechnology，andhasdevelopedrapidlyinrecentyears．HCPEBCangeneratetransientheating(109Y-ds)，andcooling(107．108Us)ofthesurfacelayer(10-5～10’6m)withinaveryshorttimeandtowhichtheenergyhasbeendelive

8、red．Theelementdistribution，thestressstateandmicrostructurechangegreatlywithintheheataffectedzone，andunequilibr