离子渗氮对2Cr13不锈钢磨损及冲蚀行为的影响(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)青岛黄河钢结构有限公司 作者:崔荣星

  对2Cr13不锈钢在530℃进行了5h离子渗氮;采用自行设计的旋转冲蚀磨损装置研究了经离子渗氮的2Cr13不锈钢在液2固两相介质中的冲蚀行为;通过球2盘磨损试验研究了离子渗氮对2Cr13钢耐磨性能的影响;测定了试样表面的显微硬度和冲蚀失重,并用扫描电镜观察分析了冲蚀和磨损后试样表面的形貌。结果表明,离子渗氮可显著提高2Cr13不锈钢的表面硬度和耐磨性,但由于氮化铬在渗氮层中的析出,损耗了铬,从而显著降低钢的耐冲蚀性能。

  2Cr13钢是一种马氏体不锈钢,广泛应用于塑性要求较高、耐腐蚀及承受冲击载荷的零件,如汽轮机叶片、水轮机叶片等。然而由于2Cr13不锈钢硬度低、耐磨性差,在叶片运转时,气流或水流中存在粉尘或泥沙,使叶片不但受到腐蚀和空蚀,同时也受到固体质点的冲刷磨损, 使大多数零件过早失效。离子渗氮是提高不锈钢摩擦学性能最广泛应用的表面改性技术之一。但是研究工作大都是以奥氏体不锈钢为主,针对马氏体不锈钢特别是抗液固两相的冲蚀性能方面的研究较少。本文以2Cr13马氏体不锈钢为研究对象,对比研究离子渗氮处理对不锈钢耐磨损和抗液固两相介质冲蚀性能的影响规律。

1、试验过程

1.1、试验条件与方法

  试验用2Cr13不锈钢的化学成分(质量分数,%)为0.19C,0.28Si,0.20Mn,0.007S,0.028P,12.65Cr,0.11Cu, 0.12Ni,其余Fe。材料经过高温淬火和低温回火处理。试样表面经研磨抛光,用丙酮超声波清洗15min,烘干后进行离子渗氮。试验在LD-250型离子渗氮炉中进行,采用WDL-31型光电温度计控制温度,渗氮温度为530℃,渗氮时间5h。

  用HV-1000型显微硬度计测量离子渗氮试样截面的硬度分布,加载时间20s,载荷为0.49N。用H ITACH I S-570型扫描电镜(SEM)和XJL-03型金相显微镜观察试样的表面形貌。

1.2、磨损试验

  在自行研制的球2盘磨损试验机上进行干摩擦试验,测定常温下渗层的摩擦磨损性能。试验载荷为4.985N,盘固定,球转动,转速为110r/min,轨迹半径10mm,室温下进行。球摩擦副为Si3N4球,直径为4.75mm, 研磨后粗糙度平均值Ra≤0.05μm。

1.3、冲蚀试验

  试验在自制的冲蚀磨损试验机上进行,如图1所示。冲蚀环境介质共两种,第一种为近中性砂浆介质(溶液pH值6.5~7.0) ,其组成为粒径0.15~0.25 mm、含量10%的金刚砂悬浮于5%NaCl水溶液中;第二种为酸性砂浆介质,为第一种介质中加入0.5%冰醋酸, pH值3.0~4.5。

冲蚀磨损试验装置原理图

图1 冲蚀磨损试验装置原理图

  试样尺寸为<30 mm×10mm,每组3个平行试样,冲蚀试验前后试样经丙酮超声波清洗,待干燥后用SH IMADZU-AUW220D电子分析天平(精度0.01mg)称量其质量损失,并计算平均冲蚀速率。冲蚀线速率4m/s,冲蚀时间10h。

2、试验结果及讨论

2.1、渗氮层硬度

  测量表明, 2Cr13不锈钢基体硬度为289HK,渗氮层硬度最高为1270HK,为基体硬度的4.4倍。渗氮层包括白亮层和扩散层两部分,分界较明显(见图2) ,其中白亮层厚度为89μm。而扩散层与基体之间边界不明显。由于扩散层的存在,使得从渗氮层表面到基体有很好的硬度梯度(见图3) 。这种梯度式硬度和成分的分布不仅保证了渗氮层与基体的良好结合,而且保证了足够高的承载能力。

2Cr13钢的离子渗氮层(硬度试验后)

图2 2Cr13钢的离子渗氮层(硬度试验后)

  离子渗氮对2Cr13不锈钢磨损及冲蚀行为的影响(1)为真空技术网首发,转载请以链接形式标明本文首发网址。

  http://www.chvacuum.com/material/material/091402.html

  与 真空材料 相关的文章请阅读:

  真空材料http://www.chvacuum.com/material/material/