鋼表面滲硼的工藝研究

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1、45鋼表面滲硼工藝的實(shí)驗(yàn)研究1概述1.1引言滲硼工藝自誕生至今已有100多年的歷史[1]，此間國(guó)內(nèi)外的同行們創(chuàng)造發(fā)明了許多滲硼方法，如固體滲硼、電解滲硼、膏劑滲硼、硼砂熔鹽滲硼等，其中固體滲硼因具有操作方便、使用設(shè)備簡(jiǎn)單、質(zhì)量易控制等優(yōu)點(diǎn)因而在生產(chǎn)中得到較廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外都得到了很大的發(fā)展，滲硼件已在各類工業(yè)中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。經(jīng)過(guò)滲硼處理的機(jī)件一般使用壽命可提高2-4倍，甚至更高。眾所周知，硼化物層具有硬度高(Fe2B為1290～1680HV,FeB為1890～2340HV、耐蝕性、耐磨性好，抗高溫

2、氧化性及紅硬性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，但由于目前滲硼處理的溫度較高，滲硼處理后零件的變形較大以及滲層較薄、滲層脆性較大、成本較高等原因，特別是當(dāng)滲層為雙相（Fe2B+FeB）時(shí)，脆性更高，使?jié)B硼的應(yīng)用范圍受到一定的限制。本文主要研究45鋼進(jìn)行固體滲硼及經(jīng)滲硼熱處理后對(duì)材料硬度、金相組織等的影響。需要全套設(shè)計(jì)和圖紙請(qǐng)聯(lián)系扣扣：八五零七二五四三九1.2金屬熱處理1.2.1金屬熱處理的定義金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過(guò)改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織

3、結(jié)構(gòu)來(lái)控制其性能的一種工藝[2]。1.2.2金屬熱處理的工藝金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要過(guò)程之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的，所以，它是機(jī)械制造中的特殊工藝過(guò)程，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)。為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)性能-27-，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組

4、織復(fù)雜，可以通過(guò)熱處理予以控制，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外，鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過(guò)熱處理改變其力學(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能[3]。1.2.3金屬熱處理的分類金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多[4]。整體熱處理是對(duì)工件

5、整體加熱，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感應(yīng)電流、激光和電子束等?；瘜W(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。化學(xué)熱處

6、理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分?；瘜W(xué)熱處理是將工件放在含碳、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，從而使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其他熱處理工藝如淬火及回火?；瘜W(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮、滲金屬[5]。1.3滲硼1.3.1滲硼定義滲硼是將硼原子擴(kuò)散進(jìn)入金屬表層，形成硬質(zhì)滲硼層的表面強(qiáng)化化學(xué)熱處理過(guò)程。很久以前，人們就認(rèn)識(shí)到了這種堅(jiān)硬的硼化層可以用于減少磨損。早在1895年，Moissan[6]-27-探討過(guò)鋼滲硼的可能性。從那以后，開始了

7、此領(lǐng)域的大量研究。直到今天，人們通過(guò)對(duì)滲硼層性能、產(chǎn)生過(guò)程、技術(shù)及工程應(yīng)用的大量卓有成效的研究，使?jié)B硼成為了材料具備高強(qiáng)耐磨表層的最佳方法之一[7]。然而，當(dāng)前滲硼還存在一些問(wèn)題，主要表現(xiàn)在滲硼工藝不夠完善、滲層高脆性、零件變性后難以修復(fù)、滲劑價(jià)格昂貴等方面。1.3.2滲硼的工藝滲硼有固體滲硼、硼砂熔鹽滲硼、膏劑滲硼、及電解滲硼等。（一）固體滲硼：固體滲硼采用固體或粉末狀滲劑，不需要專門設(shè)備，但勞動(dòng)條件較差，滲硼后無(wú)法直接淬火，滲劑消耗較大。固體滲硼劑一般分為B4C型、B-Fe型和硼砂型[8]。目前最常用的是用下列配方的

8、粉末滲硼法：5％KBF4+5％B4C+90％SIC+Mn-Fe。把這些物質(zhì)的粉末和勻裝入耐熱鋼板焊成的箱內(nèi)，工件以一定的間隔(20一30mm)埋入滲劑內(nèi)，蓋上箱蓋，在900—1000℃的溫度保溫1—5小時(shí)后，出爐隨箱冷卻即可。粉末滲硼法是固體滲硼法的一種。上列滲劑中各部分的作用是：B4C為硼的來(lái)源，KBF4是催滲劑，