稀土对模具钢钒硼共渗层组织和性能的影响

本文研究了模具钢盐浴钒硼共渗工艺中，添加适量稀土对共渗层组织和性能的影响。并探讨了稀土元素对共渗层催渗作用机理，以及盐浴稀土钒硼共渗工艺在模具表面强化处理中的实际应用。应用结果表明，冷作模具经盐浴稀土钒硼共渗处理后比常规热处理的模具使用寿命提高３～７倍。     

表面高硬度和耐腐蚀性高强贝氏体钢制备新工艺

 铁路运输和工程机械等领域对贝氏体钢的耐磨性和耐腐蚀性具有较高的要求,而表面渗硼、渗铬处理是常见的提高表面硬度和耐腐蚀性的有效方法。在已有的研究工作中,获得贝氏体基体的等温淬火热处理和表面改性处理是分开进行的,工序复杂且生产成本增加。提出制备表面高硬度、高耐腐蚀性中碳高强度贝氏体钢的新工艺,将表面改性处理和贝氏体等温淬火工艺一体化,既可以简化制备工艺,又降低了生产成本、减少了环境污染。采用渗硼/铬-等温淬火一体化新工艺制备表面高硬度、高耐腐蚀性中碳高强贝氏体钢,通过组织观察、硬度测试和腐蚀试验等,对比分析了渗硼-等温淬火和渗铬-等温淬火一体化工艺对中碳高强贝氏体钢组织和性能的影响。结果表明,与仅经过等温淬火工艺处理相比,渗硼/铬-等温淬火一体化工艺处理后,贝氏体钢表面均形成了维氏硬度超过1 500HV的渗层(约为贝氏体基体硬度的3.3倍),且在0.5%NaCl溶液中的腐蚀性能明显提高。暴露在0.5%NaCl溶液中3 h后,渗硼层表现出更好的耐腐蚀性能。两种一体化工艺均可制备表面渗层、基体以贝氏体相为主的新型高强贝氏体钢,在相同处理时间下,与渗铬-等温淬火一体化工艺相比,渗硼-等温淬火一体化工艺处理的渗层生长速率快,且渗硼层与贝氏体钢基体的结合强度更高。     

钛合金固相渗硼-稀土渗硼机理研究

表面强化处理可以大幅提升钛合金的耐磨性， 也有利于钛合金在高温环境中应用。 钛合金高温固相渗硼是 重要的表面强化方式， 添加稀土提高渗硼效率是重要技术手段。 为深入研究稀土的渗硼催化机制， 本文开展了 900~1050℃渗硼试验， 重点分析了渗硼剂在试验后的相组成变化。 结果表明， 稀土可通过与硼源、 氧发生化学反 应， 生成熔点较低的稀土硼酸盐。 本文对该硼酸盐发挥的作用进行了解释， 论述了稀土在渗硼反应过程中的作用。 经过渗硼的钛合金表面形成了 TiB/TiB2 双相渗层， 显微组织分析表明该渗层与基材结合紧密、 无孔洞缺陷。 本文 还对渗硼钛合金的拉伸性能、 表面摩擦系数、 维氏硬度、 高温洛氏硬度、 结合力等基础力学性能进行了测试， 结 果表明， 渗硼钛合金具有优良的综合力学性能。     

辉光放电光谱仪逐层分析Cr12钢表面渗硼层

采用两种不同的工艺在Cr12钢表面制备渗硼层,利用辉光放电光谱仪对两种工艺形成的Cr12表面渗硼层进行逐层分析。结果表明:1#试样(1000℃处理10h)渗硼层在距表面0～20μm内均由质量分数为8.8%的硼组成,随后硼的含量逐渐降低;2#试样(900℃处理10h)渗硼层的硼含量在表面较低,随后逐渐升高到质量分数为5%左右,接着又缓慢降低。由此推测1#试样的表面可能存在Fe2B;2#试样的表面可能由硼在铁中的α固溶体组成。为了验证辉光放电光谱仪逐层分析渗硼层的可靠性,利用XRD分析了渗硼层的相结构,结果表     

强直电流伸展弧CVD硬质合金金刚石涂层工具

采用自行研制的强电流直流扩展电弧设备对酸浸和渗硼预处理的YG6刀片进行了金刚石薄膜涂层沉积,并对放于不同位置的沉积刀片表面涂层的激光Raman谱和SEM形貌进行了分析、研究.结果表明:渗硼预处理工艺优于酸浸预处理工艺;在渗硼处理的GY6刀片上,沉积的金刚石薄膜涂层具有大面积、均匀性好和质量高的特点.     

45钢滴注式气体碳硼稀土共渗的研究

采用滴注式气体化学热处理方法对４５钢进行了表面强化的研究。在温度、时间、煤油滴量均相同的条件下，采用碳稀土共渗、碳硼稀土共渗和常规单纯渗碳３种工艺，从金相组织、渗层厚度和显微硬度的分布三方面作了对比试验，结果表明，碳硼稀土共渗试样的渗层度高于碳稀土共渗与单纯渗碳，以深度显著大于单纯渗碳，稍低于碳稀土共渗，显示了的催渗作用，同时试验了稀土加入量与渗层深度伯关系，找出稀土垢最佳加入量。     

电流密度对熔盐电化学渗硼工艺的影响

采用硅含量为3.5%的无取向硅钢作为渗硼基体,通过熔盐电化学的方法渗硼,以改善硅钢磁性和塑性。利用辉光放电光谱仪、原子力显微镜和X射线衍射仪,研究熔盐电化学渗硼过程中,电流密度对渗层的成分、表面形貌、截面形貌和表面物相的影响,从而确定最佳工艺条件。结果表明:当沉积时间60 min,温度为800℃,占空比20%,周期1 000μs,电流密度为50 mA/cm2时,渗层的厚度最大;渗层表面粗糙度最小,表面光洁度最好;渗层组织最为细致紧密。     

稀土在H13模具钢低温粉末渗硼中的应用

对低温加稀土粉末渗硼进行了研究，初步探讨了稀土含量和工艺因素对渗层组织和性能的影响。结果表明，在低温下，加稀土渗硼仍具有比较明显的“滑化”效果，能够提高渗硼层的耐磨性；合适的稀土加入量促使渗层趋向均匀、致密，并有一定的催渗作用。     

Cr12MoV钢渗硼后的组织与性能分析

为提高冷作模具钢表面性能,对Cr12MoV钢进行盐浴渗硼处理,形成了约55μm的渗硼层,据此讨论液体渗硼对钢材表面性能的影响机理。采用扫描电镜及其配置的能谱分析仪对材料表面-界面形貌和元素分布进行表征,通过X射线衍射仪测试其表面物相,并利用应力分析仪对渗硼层表面残余应力进行测试。结果表明:渗层表面出现大量孔洞,化学元素分布均匀,形成了高硬度的硼化物;结合界面化学元素发生了相互扩散,形成梯度分布,硼化物为齿状特征;渗硼处理后表面残余应力由拉应力变为压应力,可降低渗硼层裂纹扩展倾向。     

稀土粉末渗硼及其在冷拔模上的应用

对冷拔模加稀土渗硼工艺进行了比较,结果表明,一定的稀土物质在渗硼中具有催硼作用,且能使渗硼体的组织和性能得到改善,稀土粉末渗硼工艺应用于冷拔模处理具有很好的经济价值。     

45钢盐浴渗硼部件耐蚀性能的研究

本文研究45钢渗硼零件在热处理过程中的氧化,在大气中的锈蚀以及在几种稀酸中的耐蚀性能。试验结果证明渗硼刀片在热处理过程中的氧化关键取决于淬火介质的氧化能力,选用水淬油冷工艺,解决了渗硼刀片在生产过程中的氧化。研究结果表明,在还原性或较弱的氧化性的稀酸介质中,渗硼表面有较高的耐蚀性,但是,由于Fe_2B柱状晶之间不致密,引起渗硼试片发生“选择性腐蚀”,在较强的氧化性介质中,渗硼表面不耐腐蚀。     

渗硼在冷拔模上的应用

渗硼(或称硼化)是表面化学热处理的新工艺。金属表面渗入硼元素,使钢件表面形成极硬的硼化铁层。其硬度高达HV 1800—2200(FeB)或1400—1600(Fe_2B)。而且这种渗硼层还具有较好的耐热性和耐腐蚀性。因此要求高耐磨性的模具,尤其是在较高温度下或在腐蚀性介质中工作的机器零件和工具都可采用渗硼处理,硬化     

稀土对硼铝共渗过程及渗层性能的影响

本文研究了双涂层法稀土硼铝共渗工艺及渗层的性能,考察了稀土对渗层厚度、渗层表面硬度和渗层组织形态的影响,获得了稀土加入量的最佳值。试验结果表明:加入稀土后渗速可提高近1倍,改善了渗层的组织形态及性能。     

低温固体渗硼剂的研究

本文研究了低温固体渗硼剂的选择和工艺因素（温度、时间等）对渗硼过程的影响，通过多种供硼剂、活化剂和填充剂组成的渗硼剂的对比试验，选择，得到了两种廉价实用的渗剂配方。将这两种配方用于20钢、3Cr2W8V模具钢和铸铁，经700℃×4h渗硼处理，三种材料的显微硬度可达到Hv_(0.05)15800～20730mpa，渗层厚度为10～30um，渗层为均匀致密的FeB＋Fe_2B双相层硼化物。     

GCr15轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能

对GCr15轴承钢表面渗硼层的生长动力学与机械性能进行了研究.采用固体渗硼的方法,在1123、1173、1223和1323 K温度条件下,分别保温处理2、4、6和8 h,进行渗硼层制备.采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、维氏硬度计等对制备的渗硼层进行组织观察与性能分析,并通过试验数据对渗硼层的生长动力学特性进行了研究.研究结果表明:试样表面获得了均匀致密的渗硼层,渗硼层的相成分主要是FeB和Fe₂B;渗硼层的厚度随处理温度与保温时间的增加而增厚,变化范围为33.4~318.5 μm;渗硼层的表面硬度随处理温度及保温时间的增加而增大,主要是由于随着渗硼层厚度的增加,高硬度FeB相的含量上升,低硬度Fe₂B相的含量下降,表面硬度HV_0.1变化范围为1630~1950,与基体组织相比,提高了5~6倍;渗层截面硬度测试结果表明,渗层与基体之间有较宽的硬度梯度过渡;通过Arrhenius公式,对渗硼层的生长动力学方程进行了推导,可知B元素在GCr15轴承钢中的扩散激活能为188.595 kJ·mol^-1,对推导的动力学方程进行了试验验证,结果表明最大误差仅4.93%,可有效的实现对渗层厚度的预测.     

渗硼双相钢

本文通过分析Ｍｎ－Ｓ１及Ｍｎ－Ｖ两类渗硼双相钢的组织与性能，提出了一种适用于渗硼的二次淬火加低温回火双相钢的热处理工艺。笔者认为，该工艺用于实际渗硼是可行的。     

TC4钛合金固体渗硼催渗剂的研究

在基础固体渗硼剂(碳化硼和碳化硅)中分别添加氟硼酸钾、氧化铪、氧化锆和氧化镧(4%,质量分数)对TC4钛合金渗硼层的表面形貌、渗层厚度、硬度及渗层组织的影响进行了研究,并对其各自的作用机制进行了探讨,最终优选出最佳的催渗剂。结果表明:添加氟硼酸钾的渗层表面凹凸不平且腐蚀严重,与渗硼之前的试样相比,试样厚度明显减少,因此不能作为TC4钛合金固体渗硼的催渗剂;添加氧化铪的试样渗层表面形貌良好,但渗层疏松且薄,与基础渗硼剂的相比,厚度不仅未增加,反而有所减少(减幅为90.7%),因此也不能作为TC4钛合金的催渗剂;添加氧化锆、氧化镧的渗层表面形貌良好,与基础渗硼剂的相比,厚度与硬度得到显著提高(添加氧化锆增幅分别为30.1%和30.3%,添加氧化镧增幅分别为49.7%和90.2%),具有明显的催渗作用,因此能作为TC4钛合金固体渗硼的催渗剂;与添加氧化锆的渗层相比,添加氧化镧的渗层组织均匀致密,渗层更厚更硬(分别提高了15.1%和46.0%),具有更显著的催渗效果,是最佳的TC4钛合金固体渗硼的催渗剂。     

38CrMoAl渗氮钢表面镀铁及渗硼行为的研究

以38CrMoAl钢为研究对象,对其表面分别进行渗氮、镀铁以及渗硼处理。利用X射线衍射仪、光学显微镜、显微硬度计对渗氮层、镀铁层以及渗硼层进行表征分析。结果表明,采用镀铁和渗硼相结合的方法,可获得100μm厚的渗硼层,仅由Fe_2B单相组成,呈针齿状楔入基体,与基体牢固结合。38CrMoAl渗氮钢经镀铁渗硼处理后,其表面硬度得到显著提高,高达1 700 HV,明显高于普通氮化处理的38CrMoAl钢,从而达到了提高所修复材料表面性能的目的。     

等离子体硼氮共渗预处理对硬质合金刀具表面金刚石涂层结合强度的影响

在硬质合金刀具表面沉积金刚石涂层是提高其切削寿命和切削性能的有效途径,然而在金刚石涂层沉积过程中由于刀具基材中钴催化石墨生长会导致涂层-基体之间结合力差,涂层刀具性能变坏。采用两种等离子体预处理方法(等离子体硼氮共渗预处理、等离子体渗硼预处理)和传统MC试剂预处理方法抑制钴的有害作用,分别从钴的钝化效果、金刚石涂层结构分析、膜-基结合强度分析3个方面进行对比研究。结果表明:等离子体硼氮共渗预处理法在700℃反应温度下渗硼摩尔分数为77.24%,实现了低温高渗硼量,且工艺简单,得到对钴原子的最佳钝化效果,同时通过这种处理的硬质合金刀具表面可制备出光滑、结合力强的纳米金刚石涂层,等离子体硼氮共渗预处理是改善金刚石涂层硬质合金刀具性能的有效手段。     

稀土对45钢硼铝共渗渗层生长初期的影响

本文研究了稀土对45钢硼铝共渗层生长初期的影响,建立了渗层生核长大模型。试验结果表明:稀土硼铝共渗试样在保温8分钟时表面就已形成较完整渗层,而硼铝共渗试样表面则24分钟才完成这一过程。由此认为,稀土促进了渗剂的分解,并促使活性元素大量吸附在试样表面,提高了硼化物的成核速度和成核率。