钢表面渗硼的工艺研究

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1、45钢表面渗硼工艺的实验研究1概述1.1引言渗硼工艺自诞生至今已有100多年的历史[1]，此间国内外的同行们创造发明了许多渗硼方法，如固体渗硼、电解渗硼、膏剂渗硼、硼砂熔盐渗硼等，其中固体渗硼因具有操作方便、使用设备简单、质量易控制等优点因而在生产中得到较广泛的应用。近年来在国内外都得到了很大的发展，渗硼件已在各类工业中得到应用，取得了良好的效果。经过渗硼处理的机件一般使用寿命可提高2-4倍，甚至更高。众所周知，硼化物层具有硬度高(Fe2B为1290～1680HV,FeB为1890～2340HV、耐蚀性、耐磨性好，抗高温

2、氧化性及红硬性优良等优点，但由于目前渗硼处理的温度较高，渗硼处理后零件的变形较大以及渗层较薄、渗层脆性较大、成本较高等原因，特别是当渗层为双相（Fe2B+FeB）时，脆性更高，使渗硼的应用范围受到一定的限制。本文主要研究45钢进行固体渗硼及经渗硼热处理后对材料硬度、金相组织等的影响。需要全套设计和图纸请联系扣扣：八五零七二五四三九1.2金属热处理1.2.1金属热处理的定义金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织

3、结构来控制其性能的一种工艺[2]。1.2.2金属热处理的工艺金属热处理是机械制造中的重要过程之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的，所以，它是机械制造中的特殊工艺过程，也是质量管理的重要环节。为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能-27-，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组

4、织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能[3]。1.2.3金属热处理的分类金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多[4]。整体热处理是对工件

5、整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处

6、理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其他合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其他热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属[5]。1.3渗硼1.3.1渗硼定义渗硼是将硼原子扩散进入金属表层，形成硬质渗硼层的表面强化化学热处理过程。很久以前，人们就认识到了这种坚硬的硼化层可以用于减少磨损。早在1895年，Moissan[6]-27-探讨过钢渗硼的可能性。从那以后，开始了

7、此领域的大量研究。直到今天，人们通过对渗硼层性能、产生过程、技术及工程应用的大量卓有成效的研究，使渗硼成为了材料具备高强耐磨表层的最佳方法之一[7]。然而，当前渗硼还存在一些问题，主要表现在渗硼工艺不够完善、渗层高脆性、零件变性后难以修复、渗剂价格昂贵等方面。1.3.2渗硼的工艺渗硼有固体渗硼、硼砂熔盐渗硼、膏剂渗硼、及电解渗硼等。（一）固体渗硼：固体渗硼采用固体或粉末状渗剂，不需要专门设备，但劳动条件较差，渗硼后无法直接淬火，渗剂消耗较大。固体渗硼剂一般分为B4C型、B-Fe型和硼砂型[8]。目前最常用的是用下列配方的

8、粉末渗硼法：5％KBF4+5％B4C+90％SIC+Mn-Fe。把这些物质的粉末和匀装入耐热钢板焊成的箱内，工件以一定的间隔(20一30mm)埋入渗剂内，盖上箱盖，在900—1000℃的温度保温1—5小时后，出炉随箱冷却即可。粉末渗硼法是固体渗硼法的一种。上列渗剂中各部分的作用是：B4C为硼的来源，KBF4是催渗剂，