低温硼铬稀土共渗工艺及共渗层组织和性能的研究

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1、山东建筑大学硕士学位论文摘要渗硼是应用广泛的表面强化热处理工艺，工件渗硼后能够显著提高其表面硬度和耐磨性。但以往的渗硼工艺往往温度较高，工件易变形，渗层脆性大，容易剥落，使该工艺的使用范围在一定程度上受到限制。为促使渗硼技术的进一步发展，节约环保，低温渗硼逐渐为人们所重视。低温渗硼是指在钢的相变点彳l以下温度进行的渗硼，它不仅能够改善渗硼性能，还可以减小工件变形。研究表明，稀土具有明显的催渗效果，可以降低渗硼温度，而铬能降低硼化物脆性。利用这两种元素的特点可实现硼铬稀土共渗。本文通过对20钢、45钢进行低温硼铬稀土共渗，首先筛

2、选出效果较好的供硼剂和活化剂，然后再运用正交试验优化共渗剂配方，进而研究低温硼铬稀土共渗工艺及共渗层组织和性能，为低温硼铬稀土共渗技术的应用提供技术支持。另外，对试样进行渗前预变形处理，然后进行共渗实验，预变形使试样表面产生大量的位错等晶体缺陷，为活性硼原子提供扩散通道，加快共渗层的形成。在获得共渗层的基础上，本文利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计(HV-1000)、磨损试验机(M2000)等现代分析和表征手段，研究了20钢、45钢在不同热处理工艺下的低温共渗层厚度、组织、显微硬度和耐磨性以及喷丸和压缩对共

3、渗的影响。以硼铁作为供硼剂时，其共渗层厚度明显高于以碳化硼和硼砂作为供硼剂时共渗层的厚度，而且硼铁作为供硼剂时的共渗层组织致密。硼砂作为供硼剂，虽价格低廉，但共渗层厚度太浅；碳化硼不仅价格相对昂贵，而且共渗层厚度明显偏低。综上，以硼铁作为供硼剂时的经济性适中，且渗硼层厚度深，故选用硼铁作为供硼剂。以氟硼酸钾为主要活化剂得到了效果较好的共渗剂配方。添加尿素和硫脲的对比试验结果显示，添加5％尿素的共渗层组织形貌效果较好，且与基体结合力强，而添加硫脲后有大块黑色组织存在；添加1％的氯化铵对低温硼铬稀土共渗有着促进作用，共渗层组织致密

4、均匀，过量会使共渗层产生明显的空洞，有黑色疏松区。以共渗层厚度为试验指标，利用正交试验优选出了效果最佳的共渗剂配方。影响低温硼铬稀土共渗层厚度的主次因素依次为：催渗剂氯化稀土，活化剂氟硼酸钾，供铬剂高碳铬铁。各因素的优化水平分别为5％、4％和3％，共渗剂的其它成分在原来的比例上进行缩放。利用此共渗剂配方对20钢、45钢在650℃×6h工艺下进行低温硼铬稀土共渗，得到的共渗层厚度分别为25岬、23岬。分别对45钢低温硼铬稀土共渗层和淬火、低温回火后的T10钢进行了耐磨性实验。山东建筑大学硕士学位论文结果表明，前者的耐磨性得到明显

5、提高，相对后者提高了约2．6倍。在相变线以下，对20钢、45钢试样先进行预变形，然后再进行低温硼铬稀土共渗，得到的渗层呈梳齿状，组织致密均匀，并且随喷丸时间和压缩量的递增共渗层厚度显著增加。20钢、45钢经喷丸1．5h后在650℃×6h工艺条件下得到的共渗层厚度分别为34岬、32“m，共渗速度分别提高了36％、39．1％，压缩30％后分别为35肛l、34pm，共渗速度分别提高了40％、47．8％。对于20钢而言，扩散激活能最多可降低6253．35J．mol一，45钢最多可降低11771．66J-mol～。综上所述，利用正交试验

6、优选出了共渗剂配方，使共渗层厚度得到提高、性能得到改善，且渗前预变形明显增加了共渗层厚度。本课题研究可以为低温硼铬稀土共渗技术的应用提供技术支持。性关键词：低温，硼铬稀土共渗，正交试验，共渗层厚度，预变形，显微硬度，耐磨IlStudy0ntlleCr-R皿-BoronizingPrOcessatLowTemperatureandtheStructureandPropertiesoftheBoronizedLayerW抽gHao(Mat舐alsProcessingEngiIle喇n曲Dir鳅edbyxuBinAbstractBo

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