硼-鉻-稀土低溫共滲劑的研制.pdf

1、滲硼在高溫(850℃～950℃)下進(jìn)行，易使工件變形，所得滲層脆性大、易剝落，且能源消耗多，使該技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制。為了節(jié)約能源，擴(kuò)大滲硼技術(shù)的應(yīng)用范圍，低溫滲硼(A1以下)為人們所關(guān)注。低溫滲硼，能改善滲層性能、降低能耗和減少工件變形，從而把滲硼工藝應(yīng)用到熱處理后對(duì)精度與耐磨性都有特殊要求的精密零件上，進(jìn)一步擴(kuò)大滲硼工藝的應(yīng)用。
　　 然而，低溫滲硼最大的缺點(diǎn)就是滲層淺，在一定程度上限制了其發(fā)展。選擇合適的滲劑可以有

2、效提高硼原子在低溫下的活性和濃度，使?jié)B層深度增加，滲層組織趨向均勻、致密。另外，對(duì)試樣進(jìn)行冷塑性變形，使其表面產(chǎn)生大量不同的晶體缺陷，為活性硼原子提供擴(kuò)散通道，加速滲層的形成。
　　 本文以原有滲硼劑為基礎(chǔ)，利用正交試驗(yàn)研制硼鉻稀土低溫共滲劑配方，并利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、顯微硬度計(jì)(HV-1000)、X射線衍射儀(XRD)、WS-2002涂層附著力自動(dòng)劃痕儀等現(xiàn)代分析和表征手段，系統(tǒng)研究和分析了中低碳鋼低溫

3、共滲層層深、顯微硬度、相組成以及共滲層脆性。對(duì)20、45鋼分別噴丸0.5h、1h、1.5h和壓縮10％、20％、30％后，在600℃和650℃時(shí)共滲6h，以探討冷塑性變形對(duì)低中碳鋼硼鉻稀土低溫共滲的影響。
　　 采用不同稀土作為催滲劑，對(duì)20鋼、45鋼進(jìn)行硼鉻稀土低溫共滲的研究表明，不同種類的稀土其催滲效果不同，總體來講，氯化稀土的催滲效果要強(qiáng)于氟化稀土和氧化稀土。20鋼在氟化稀土、氧化稀土、氯化稀土作用下，共滲層的厚度分別是7

4、.5μm、9μm、11μm；45鋼在氟化稀土、氧化稀土、氯化稀土作用下，共滲層的厚度分別是5μm、7.5μm、10μm，因此選用氯化稀土作為催滲劑。
　　 以低溫共滲層厚度為指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)篩選出共滲劑配方。結(jié)果表明，影響硼鉻稀土低溫共滲層厚度的主次因素依次為：催滲劑氯化稀土，活化劑氟硅酸鈉，還原劑硅鈣合金。各因素的優(yōu)化水平分別為6％、17％、10％，其余共滲劑成分在原來的比例上進(jìn)行縮放。利用此配方對(duì)20、45鋼進(jìn)行650℃×

5、6h硼鉻稀土低溫共滲，發(fā)現(xiàn)低溫共滲層的厚度分別為15μm和12μm，與統(tǒng)計(jì)分析的理論值相吻合。硼化物是柱狀晶形態(tài)，且柱狀晶基本與試樣的表面垂直，共滲層呈梳齒狀嵌入基體組織中，有利于滲層與基體的牢固結(jié)合。650℃時(shí)共滲層比600℃時(shí)共滲層組織致密，疏松孔洞少。共滲層的硬度基本保持在1200-1600HV之間，脆性較高溫共滲層小得多。20鋼低溫共滲層主要由Fe2B相組成，存在少量FeB相，45鋼共滲層由單一的Fe2B相組成。
　　

6、不同熱處理工藝下冷塑性變形對(duì)20、45鋼硼鉻稀土低溫共滲的研究表明，冷塑性變形后試樣的共滲層深度得到大幅提升，共滲速度明顯增加。在650℃×6h工藝下，20、45鋼噴丸1.5h后共滲層厚度分別為19μm、17μm，共滲速度分別提高了26.7％、41.7％，擴(kuò)散激活能分別降低了3628.01J·mol-1、5345.69J·mol-1，壓縮30％后厚度分別為19.5μm、17.5μm，共滲速度分別提高了30％、45.8％，擴(kuò)散激活能分別降