【摘 要】
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45钢因其具有一定的韧性和塑性、较高的强度、良好的切削性能且价格低廉等特点,在制造业中广泛应用。调质处理后的45钢,表面硬度较低,引起的磨损失效限制了其在制造业的使用范围。扫描电子束合金化复合抛光技术可以增强改性层与基体的结合力,大幅提高45钢表面的表面硬度、耐磨性,而且电子束能量利用率高,节能环保。本课题以45钢为研究对象,基于瞬态传热方程对45钢表面扫描电子束钨镍合金化的温度场进行仿真,研究合
【基金项目】
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国家自然科学基金项目（52165057、51665009）；
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45钢因其具有一定的韧性和塑性、较高的强度、良好的切削性能且价格低廉等特点,在制造业中广泛应用。调质处理后的45钢,表面硬度较低,引起的磨损失效限制了其在制造业的使用范围。扫描电子束合金化复合抛光技术可以增强改性层与基体的结合力,大幅提高45钢表面的表面硬度、耐磨性,而且电子束能量利用率高,节能环保。本课题以45钢为研究对象,基于瞬态传热方程对45钢表面扫描电子束钨镍合金化的温度场进行仿真,研究合金化过程的温度分布规律;采用单因素法研究了钨镍粉末涂覆层厚度对涂覆层、基体的结合效果的影响,以及不同电子束工艺参数（扫描环直径、束流）对45钢合金化后表面形貌、显微组织、显微硬度以及耐磨性的影响;通过扫描电子束对合金化后的45钢表面进行复合抛光处理的方法,采用单因素法研究了电子束抛光的工艺参数（束流和扫描速度）对合金化处理后45钢的表面形貌、粗糙度、显微组织、显微硬度和耐磨性的影响。研究结果表明:扫描电子束合金化加热过程分为下束、稳定和收束三个阶段,稳定和收束阶段的最大温度分别为4390K、4710K。扫描电子束合金化处理后,试样横截面分为三个区域:合金化区、热影响区和基体;合金化区由等轴晶和柱状晶组成,组织为马氏体和少量沿晶界呈点分布的W3C化合物,热影响区组织为完全相变的马氏体和部分相变的马氏体、屈氏体混合铁素体,基体组织为珠光体和铁素体;显微硬度首先升高后保持稳定,其次再升高后保持稳定波动,然后降低后升高,接着逐渐下降,最终保持稳定,最大值为717.56HV0.1。随着扫描环直径的增大,试样表面显微硬度先增大后降低再增大,最高为692.14HV0.1;磨损量先减少后增加,磨损量最低为0.0054mm~3。随着束流的增大,试样表面显微硬度呈线性下降;表面磨损量逐渐增加。扫描电子束合金化及抛光复合处理后,表面粗糙度降低为1.2339μm;试样截面分为五个区域:重熔层、加热区、合金化区、热影响区和基体;重熔层由极细化的等轴晶组成,加热区和合金化区都由较细的等轴晶构成,组织都为马氏体和少量沿晶界呈点分布的钨和碳的化合物;重熔层的等轴晶晶粒尺寸由合金化后的21.97μm降低为674.5nm;试样表面显微硬度最高为772.7HV0.1,磨损量最低为0.0007mm~3。随着束流的增大,表面显微硬度先增大后减小,磨损量先减小后增大;随着扫描速度的增加,表面显微硬度先缓慢增加后下降然后增加,磨损量先减小后增大再缓慢减小。
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