硼—铬—稀土低温共渗剂的研制

题名:硼—铬—稀土低温共渗剂的研制
作者:郭仁红
学位授予单位:山东建筑大学
关键词:硼铬稀土共渗;;低温;;正交试验;;冷塑性变形;;共渗层厚度;;硬度;;脆性
摘要:
 渗硼在高温(850℃～950℃)下进行,易使工件变形,所得渗层脆性大、易剥落,且能源消耗
多,使该技术在实际应用中受到一定限制。为了节约能源,扩大渗硼技术的应用范围,低温渗硼(A1以Magnetic lifter
下)为人们所关注。低温渗硼,能改善渗层性能、降低能耗和减少工件变形,从而把渗硼工艺应用到
热处理后对精度与耐磨性都有特殊要求的精密零件上,进一步扩大渗硼工艺的应用。
 然而,
低温渗硼最大的缺点就是渗层浅,在一定程度上限制了其发展。选择合适的渗剂可以有效提高硼原
子在低温下的活性和浓度,使渗层深度增加,渗层组织趋向均匀、致密。另外,对试样进行冷塑性变
形,使其表面产生大量不同的晶体缺陷,为活性硼原子提供扩散通道,加速渗层的形成。
 本文以
原有渗硼剂为基础,利用正交试验研制硼铬稀土低温共渗剂配方,并利用光学显微镜(OM)、扫描电镜
(SEM)、显微硬度计(HV-1000)、X射线衍射仪(XRD)、WS-2002涂层附着力自动划痕仪等现代分析和
表征手段,系统研究和分析了中低碳钢低温共渗层层深、显微硬度、相组成以及共渗层脆性。对20
、45钢分别喷丸0.5h、1h、1.5h和压缩10%、20%、30%后,在600℃和650℃时共渗6h,以探讨冷塑性
变形对低中碳钢硼铬稀土低温共渗的影响。
 采用不同稀土作为催渗剂,对20钢、45钢进行硼铬稀
土低温共渗的研究表明,不同种类的稀土其催渗效果不同,总体来讲,氯化稀土的催渗效果要强于氟
化稀土和氧化稀土。20钢在氟化稀土、氧化稀土、氯化稀土作用下,共渗层的厚度分别是7.5μm、9
μm、11μm；45钢在氟化稀土、氧化稀土、氯化稀土作用下,共渗层的厚度分别是5μm、7.5μm、
10μm,因此选用氯化稀土作为催渗剂。
 以低温共渗层厚度为指标,利用正交试验筛选出共渗
剂配方。结果表明,影响http://www.999magnet.com/products/131-magnetic-lifter硼铬稀土低温共渗层厚度的主次因素依次为：催渗剂氯化稀土,活化剂氟硅
酸钠,还原剂硅钙合金。各因素的优化水平分别为6%、17%、10%,其余共渗剂成分在原来的比例上进
行缩放。利用此配方对20、45钢进行650℃×6h硼铬稀土低温共渗,发现低温共渗层的厚度分别为15
μm和12μm,与统计分析的理论值相吻合。硼化物是柱状晶形态,且柱状晶基本与试样的表面垂直,
共渗层呈梳齿状嵌入基体组织中,有利于渗层与基体的牢固结合。650℃时共渗层比600℃时共渗层
组织致密,疏松孔洞少。共渗层的硬度基本保持在1200-1600HV之间,脆性较高温共渗层小得多。20
钢低温共渗层主要由Fe2B相组成,存在少量FeB相,45钢共渗层由单一的Fe2B相组成。
 不同热
处理工艺下冷塑性变形对20、45钢硼铬稀土低温共渗的研究表明,冷塑性变形后试样的共渗层深度
得到大幅提升,共渗速度明显增加。在650℃×6h工艺下,20、45钢喷丸1.5h后共渗层厚度分别为19
μm、17μm,共渗速度分别提高了26.7%、41.7%,扩散激活能分别降低了3628.01 J·mol-1、
5345.69J·mol-1,压缩30%后厚度分别为19.5μm、17.5μm,共渗速度分别提高了30%、45.8%,扩散
激活能分别降低了4026.67J·mol-1. 5790.58J·mol-1。当温度降到600℃后,共渗层深度明显减小
,但喷丸和压缩仍能增加共渗层深度。冷塑性变形对共渗层的组织、硬度和脆性没有明显影响,共渗
层仍具有高硬度、低脆性特点。
学位年度:2010