45鋼表面滲硼的工藝研究

1、14545鋼表面滲硼工藝的實(shí)驗(yàn)研究鋼表面滲硼工藝的實(shí)驗(yàn)研究1概述概述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24倍，甚至更高。眾

2、所周知，硼化物層具有硬度高(Fe2B為1290～1680HVFeB為1890～2340HV、耐蝕性、耐磨性好，抗高溫氧化性及紅硬性優(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（Fe2BFeB）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。1.2金屬熱處理1.2.1金屬熱處理的定義

3、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

4、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)。3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)

5、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、BFe型和硼砂型[8]。目前最常用的是用下列配方的粉末滲硼法：5％KBF45％B4C90％SICMnFe。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

6、，SiC是填充劑，MnFe則起到使?jié)B劑滲后松散而不結(jié)塊的作用。如此滲硼后冷至室溫開(kāi)箱時(shí)，滲劑松散，工件表面無(wú)結(jié)垢等現(xiàn)象，無(wú)需特殊清理。由于固體滲硼法無(wú)需特殊設(shè)備，操作簡(jiǎn)單，工件表面清潔，已逐漸成為最有前途的滲硼方法[9]。（二）硼砂熔鹽滲硼：硼砂熔鹽滲硼設(shè)備簡(jiǎn)單，一般為坩堝式鹽浴爐。生產(chǎn)成本低，操作方便，部分材料滲后可直接淬火。缺點(diǎn)是熔鹽流動(dòng)性較差，殘鹽清洗比較麻煩，特別是小孔、不通孔中的殘鹽清洗更難。采用專門的殘鹽清洗可使清洗效果得到

7、一定的改善。（三）膏劑滲硼：膏劑滲硼是在固體滲硼劑的基礎(chǔ)上加粘結(jié)劑，涂覆于工件表面進(jìn)行滲硼。粘結(jié)劑有水解硅酸乙酯、松香酒精、明膠、水等?？刹捎靡话愕募訜岱绞?，也可采用感應(yīng)加熱，激光加熱、等離子轟擊加熱等方式?？刹捎帽Ｗo(hù)氣氛保護(hù)，也可采用自保護(hù)滲硼膏劑。（四）電解滲硼：電解滲硼是以石墨或不銹鋼作陽(yáng)極，工件作陰極，通過(guò)10~20V，0.1～0.5Acm2的直流電，在熔融的硼砂鹽中進(jìn)行滲硼。電解滲硼時(shí)硼砂受熱分解并電離：Na2B4O7→2Na