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渗硼

渗硼

渗硼亦称为 “硼化”。一种化学 热处理工艺。将金属工件放在一定温度的含硼介质 (例如硼粉或硼铁合金粉) 中加热或电解 (用熔融 硼砂作为电解液) ,产生活性硼原子渗入工件表 面,以提高表面硬度和耐磨性,并改善耐热性和耐 蚀性。渗层最表面是FeB层,硬而脆; 内层是硼化亚铁,也很硬,但韧性较好。一般要求渗层厚度 在100μm以上,主要用于模具和阀件。渗硼方法有 固体渗硼、盐浴渗硼和气体渗硼之分,以前两种方 法应用较多。 [1]中文名渗硼外文名Boriding性    质渗镀品种方    法固体粉末渗硼等学    科金属塑性加工作    用提高表面硬度

渗硼工艺

固体法和非电解型的熔盐法渗硼工艺应用较广。前者适用于几何形状复杂,包括带有小孔、螺纹和盲孔的零件;后者处理几何形状简单而渗硼后需作淬火以提高基体强度的零件。(1)固体渗硼。中、小零件整体渗硼采用粒状和粉末状介质,大件及局部渗硼采用膏剂。这些介质均由供硼剂(可分别用B4C、B-Fe、非晶态硼粉)、催渗剂(KBF4、NH4Cl、NH4F等)以及调节活性、支承工件的填料(Al2O3、SiC、SiO2等)组成。渗硼可在650~1000℃进行,常用850~950℃;保温2~6h,不同钢种可获得50~200μm深的渗硼层。(2)盐浴渗硼。所用盐浴有:以硼砂为基,添加5%~15%氯化盐的盐浴;以氯化盐为基添加B4C或再加SiC的盐浴。粘附于工件上的盐垢在处理后,甚至直到淬火后仍可局部残存,应仔细清洗干净。

渗硼作用

渗硼件的表面硬度很高,Fe2B可超过HV1200,钽、 铌、钨、钼的硼化物硬度可达到 HV2000以上,且具有高的红硬性,保 持温度接近800℃,显著提高耐磨性 和抗高温氧化性能。渗硼件具有耐硫 酸、盐酸、磷酸和碱等水溶液的腐蚀性 能,不耐硝酸、海水腐蚀。可进行硼铝、 硼硅、硼锆共渗,硼氮复合渗等。普通 碳钢和低合金钢渗硼后,可代替高合 金钢、不锈钢,节约合金元素,降低成 本。渗硼后需进行整体热处理,冷速不 能太快,回火要即时。用于钢制各类模 具、磨损件、精密配合件以及在中温腐 蚀介质中工作的阀门等,可使使用寿 命大幅度提高。

渗硼的应用

近年来,在渗硼领域里,人们在渗硼的基础理论、工艺过程和工业应用等方面进行了大量的研究,取得了重要的进展,该工艺已逐渐成为广泛应用的表面扩渗处理工艺。渗硼主要用于耐磨并且兼有一定的耐蚀性方面,如钻井用的泥浆泵零件,滚压模具、热锻模具及某些工夹具等。近年来,渗硼还逐渐扩大到硬质合金、有色金属和难熔金属,如难熔金属的渗硼已经在宇航设备中获得应用。此外,渗硼还可用于印刷机凸轮、止推板、各种活塞、离合器轴、压铸机料筒与喷嘴、轧钢机导辊、油封滑动轴、块规、闸阀和各种拔丝模等。 [2](1)在工模具上的应用经表面渗碳强化制成的20号钢模具寿命仅为5 600块/副,而用45号钢经1 000℃X 8 h渗硼,淬火、回火制成的模具寿命均稳定在17 000块以上,最高寿命达到19 000块,寿命提高2~3倍;冲压电机转子硅钢片的凸模,若用T10A钢淬火加回火,寿命只有(1~2)万件,而Cr12MoV钢淬火加回火寿命为(1~5)万件,T8A钢模具经渗硼后淬火加回火寿命为(10~12)万件,寿命显著提高。(2)在易磨损件上的应用45号钢经1 000℃保温8 h粉末渗硼处理制成钻套,其耐磨性是硬度为56~60 HRC的T9钢钻套的5.37倍;45号钢渗硼塔轮的耐磨性是冷硬铸铁塔轮的8.6倍,是喷涂合金塔轮的6.2倍,是20Cr钢渗碳淬火塔轮的4.9倍。现场使用情况为:45号钢渗硼塔轮使用了18个月后仍能用,而冷硬铸铁塔轮仅能用1.5~2个月,喷涂合金塔轮可用2.5~3个月,20Cr钢渗碳淬火塔轮能用3~3.5个月。参考资料

  • 1.唐殿福主编. 真空热处理与燃料热处理炉. 沈阳:辽宁科学技术出版社, 2016.03.
  • 2.强颖怀主编;赵宇龙,陈辉副主编,材料表面工程技术,中国矿业大学出版社,2016.05,第115页

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