钢经形变的硼铬稀土低温共渗研究

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1、山东建筑大学硕士学位论文摘要由于渗硼温度较高(一般在850℃以上)，会带来能源消耗大，工件容易变形，渗层脆性大、易剥落等问题，限制了渗硼工艺的使用范围，在Al相变线以下进行低温渗硼，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一些形状复杂、热处理后对尺寸精度与耐磨性都有特殊要求的零件上，进一步扩大渗硼工艺的应用。但低温渗硼存在渗层浅且不够均匀等问题，通过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，加速共渗层的形成。本文通过对中低碳钢进行喷丸和压缩处理，提高低温渗硼速度。固体法渗硼不

2、存在气体法和液体法的缺点，发展迅速。但是，限制固体渗硼应用的最大障碍是渗硼层浅、脆性大。研究证实，稀土元素作为催渗剂可明显提高渗硼速度，而铬能降低硼化物层的脆性，因此，硼铬稀土共渗能显著改善渗层组织性能，并大幅度提高渗硼速度。本文所用渗剂是经正交实验精选出的粉末状硼铬稀土共渗剂。对中低碳钢分别喷丸0．5h、1h、1．5h和压缩10％、20％、30％后，在600℃和650℃时分别共渗4h、6h和8h，利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计(HV-]000、HX．1000)、X射线衍射仪(X】D)、ws．2002涂层附着

3、力自动划痕仪等系统研究和分析了不同热处理工艺条件下喷丸、压缩处理对低、中碳钢硼铬稀土低温共渗的共渗层层深、组织和性能的影响。对不同热处理工艺下冷塑性变形对20钢硼铬稀土低温共渗的研究表明，冷塑性变形后渗层深度得到大幅提升。在650℃×4h共渗工艺下，未变形试样渗层可达201am，喷丸1．5h后可达339m，渗速提高了65％，压缩30％后可达351．tm，渗速提高了75％；在650℃x8h共渗工艺下，未变形试样渗层可达301xm，喷丸1．5h后可达431am，渗速提高了43．3％，压缩30％后可达421．tm，渗速提高了40％。而在6

4、00℃的各种共渗工艺得到的共渗层深度都比较浅，只有十几个微米，．最深259m，可见温度对其影响之大。测试了20钢共渗层在不同工艺下的显微硬度、相组成及共渗层脆性。研究表明，20钢共渗层的硬度基本没有发生变化，脆性较高温共渗层小得多，三钾试剂侵蚀和XRD测试证明，共渗层主要由Fe2B相组成，有少量FeB弥散分布在共渗层外层。对45钢的测试结果基本和20钢相同，只是在同种工艺下渗层深度稍微有所减少。在650℃x4h共渗工艺下，未变形试样渗层可达189m，喷丸1．5h后可达261ma，渗速提山东建筑大学硕士学位论文高了44．4％，压缩30

5、％后可达28pro，渗速提高了55。6％；在650℃x8h共渗工艺下，未变形试样渗层可达289m，喷丸1．5h后可达399m，渗速提高了39．3％，压缩30％后可达389m，渗速提高了35．7％，冷塑性变形后的共渗层深度同样得到大幅提升。同样测试了45钢共渗层硬度、脆性和相组成，结果表明，45钢共渗层的硬度基本没有发生变化，脆性较高温共渗层小得多，三钾试剂侵蚀和XRD测试证明，共渗层是由Fe2B单相组成。通过对20钢、45钢共渗层组织的观察发现，喷丸和压缩变形对改变钢低温共渗层的组织没有太大影响；而温度和时间对其影响较大，低温共渗层

6、比高温共渗层组织致密，疏松孔洞较少，但硼齿不如高温共渗层明显；随着共渗时间的延长，低温共渗层的硼齿变得明显，但依然没有高温共渗层那样显著。对硼铬稀土低温共渗的机理进行了研究，并对其扩散激活能进行了计算。结果表明，20钢和45钢在各种低温共渗工艺下，冷塑性变形造成的位错等晶体缺陷大幅度降低了活性硼原子在基体中的扩散激活能。在650。Cx8h下，20钢喷丸1．5h扩散激活能相较于未变形时降低了8278．18J．mol一，压缩30％后降低了9487．99J·mol一；45钢喷丸1．5h扩散激活能相较于未变形时降低了11766．00J·mo

7、l～，压缩30％后降低了12874．11J．mol一。综上所述，硼铬稀土低温共渗层性能得到了改善，且通过冷塑性变形可以增加碳钢共渗层的深度，提高其共渗速度。本课题的研究为丰富形变化学热处理的动力学及其相关原理方面打下了一定的基础，并在提高渗速、改善工件渗层组织和性能，节约生产成本及提高生产效率等方面具有很好的应用前景。关键词：硼铬稀土低温共渗，喷丸，压缩，共渗层深度，相组成，硬度，脆性Il山东建筑大学硕士学位论文StudyonChrome-RE-BoronizingatlowTemperatureforCarbonSteelstre

8、atedbyColdPlasticDeformationZhangNannan(MaterialsProcessingEngineering)DirectedbyXuBinABSTRACTAsweallknow,boronizingp