鋼經(jīng)形變的硼鉻稀土低溫共滲研究.pdf

1、由于滲硼溫度較高(一般在850℃以上)，會帶來能源消耗大，工件容易變形，滲層脆性大、易剝落等問題，限制了滲硼工藝的使用范圍，在A1相變線以下進(jìn)行低溫滲硼，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)用到一些形狀復(fù)雜、熱處理后對尺寸精度與耐磨性都有特殊要求的零件上，進(jìn)一步擴(kuò)大滲硼工藝的應(yīng)用。 但低溫滲硼存在滲層淺且不夠均勻等問題，通過對試樣進(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，加速共

2、滲層的形成。本文通過對中低碳鋼進(jìn)行噴丸和壓縮處理，提高低溫滲硼速度。 固體法滲硼不存在氣體法和液體法的缺點，發(fā)展迅速。但是，限制固體滲硼應(yīng)用的最大障礙是滲硼層淺、脆性大。研究證實，稀土元素作為催滲劑可明顯提高滲硼速度，而鉻能降低硼化物層的脆性，因此，硼鉻稀土共滲能顯著改善滲層組織性能，并大幅度提高滲硼速度。本文所用滲劑是經(jīng)正交實驗精選出的粉末狀硼鉻稀土共滲劑。 對中低碳鋼分別噴丸0.5h、1h、1.5h和壓縮10％、20

3、％、30％后，在600℃和650℃時分別共滲4h、6h和8h，利用光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)、顯微硬度計(HV-1000、HX-1000)、X射線衍射儀(XRD)、WS-2002涂層附著力自動劃痕儀等系統(tǒng)研究和分析了不同熱處理工藝條件下噴丸、壓縮處理對低、中碳鋼硼鉻稀土低溫共滲的共滲層層深、組織和性能的影響。 對不同熱處理工藝下冷塑性變形對20鋼硼鉻稀土低溫共滲的研究表明，冷塑性變形后滲層深度得到大幅提升。在650℃

4、×4h共滲工藝下，未變形試樣滲層可達(dá)20μm，噴丸1.5h后可達(dá)33μm，滲速提高了65％，壓縮30％后可達(dá)35μm，滲速提高了75％；在650℃x8h共滲工藝下，未變形試樣滲層可達(dá)30μm，噴丸1.5h后可達(dá)43μm，滲速提高了43.3％，壓縮30％后可達(dá)42μm，滲速提高了40％。而在600℃的各種共滲工藝得到的共滲層深度都比較淺，只有十幾個微米，最深25μn，可見溫度對其影響之大。測試了20鋼共滲層在不同工藝下的顯微硬度、相組成及

5、共滲層脆性。研究表明，20鋼共滲層的硬度基本沒有發(fā)生變化，脆性較高溫共滲層小得多，三鉀試劑侵蝕和XRD測試證明，共滲層主要由Fe2B相組成，有少量FeB彌散分布在共滲層外層。 對45鋼的測試結(jié)果基本和20鋼相同，只是在同種工藝下滲層深度稍微有所減少。在650℃×4h共滲工藝下，未變形試樣滲層可達(dá)18μm，噴丸1.5h后可達(dá)26μm，滲速提高了44.4％，壓縮30％后可達(dá)28μm，滲速提高了55.6％；在650℃×8h共滲工藝下，

6、未變形試樣滲層可達(dá)28μm，噴丸1.5h后可達(dá)39μm，滲速提高了39.3％，壓縮30％后可達(dá)38μm，滲速提高了35.7％，冷塑性變形后的共滲層深度同樣得到大幅提升。同樣測試了45鋼共滲層硬度、脆性和相組成，結(jié)果表明，45鋼共滲層的硬度基本沒有發(fā)生變化，脆性較高溫共滲層小得多，三鉀試劑侵蝕和XRD測試證明，共滲層是由Fe2B單相組成。 通過對20鋼、45鋼共滲層組織的觀察發(fā)現(xiàn)，噴丸和壓縮變形對改變鋼低溫共滲層的組織沒有太大影響

7、；而溫度和時間對其影響較大，低溫共滲層比高溫共滲層組織致密，疏松孔洞較少，但硼齒不如高溫共滲層明顯；隨著共滲時間的延長，低溫共滲層的硼齒變得明顯，但依然沒有高溫共滲層那樣顯著。 對硼鉻稀土低溫共滲的機(jī)理進(jìn)行了研究，并對其擴(kuò)散激活能進(jìn)行了計算。結(jié)果表明，20鋼和45鋼在各種低溫共滲工藝下，冷塑性變形造成的位錯等晶體缺陷大幅度降低了活性硼原子在基體中的擴(kuò)散激活能。在650℃×8h下，20鋼噴丸1.5h擴(kuò)散激活能相較于未變形時降低了8

8、278.18 J·mol-1，壓縮30％后降低了9487.99J·mol-1；45鋼噴丸1.5h擴(kuò)散激活能相較于未變形時降低了11766.00J·mol-1，壓縮30％后降低了12874.11J·mol-1。 綜上所述，硼鉻稀土低溫共滲層性能得到了改善，且通過冷塑性變形可以增加碳鋼共滲層的深度，提高其共滲速度。本課題的研究為豐富形變化學(xué)熱處理的動力學(xué)及其相關(guān)原理方面打下了一定的基礎(chǔ)，并在提高滲速、改善工件滲層組織和性能，節(jié)約生產(chǎn)