交流电场增强45钢中低温粉末法渗硼特性

通过在粉末法渗硼过程中施加交流电场,对45钢进行中低温粉末法渗硼,研究交流电场增强中低温粉末法渗硼特性.结果表明,位于交流电场平行电极间不同位置处试样渗硼效果一致.施加适当的交流电场,可显著增加中低温(450~800℃)下的渗硼速度,硼化物层厚度与渗硼温度呈线性关系.交流电场增强渗硼渗层的形貌与常规渗硼的相似,呈锯齿状垂直楔入基体,其厚度与渗硼时间关系曲线呈抛物线型.采用交流电场易于获得单一Fe2B相渗层.在800℃渗硼时,交流电场增强渗硼的硼化物层厚度随电场电流增加而增加.交流电场的促渗作用是电场强化试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及提高渗罐内的实际温度等的综合结果.     

直流电场增强粉末渗硼特性研究

将20钢和45钢试样置于渗罐中平行的板状正负电极上及靠近和远离电极的部位,并施加一直流电场,以研究800℃时直流电场在粉末渗硼中的作用。试验结果表明,直流电场对渗罐内不同位置试样及同一试样的不同部位的渗硼作用不同,远离电极的试样渗硼速度比常规渗硼的还要低;从正极到负极,直流电场的促渗作用逐渐增强,直流电场促进试样渗硼的作用主要表现于面向正极的试样面。这种结果是由直流电场对渗硼过程中渗剂的化学反应、含硼活性基团及硼的扩散的影响所决定的。     

以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗工艺优化

研究750 ℃时采用不同配比渗剂的以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗(ACFPBA)特性。通过观测分析渗层组织、相、厚度及沿层深的显微硬度分布,发现铝粉对交流电场增强粉末法硼铝共渗具有促渗作用,促渗效果不仅与渗剂中铝含量有关,还与硼铁含量有关。施加最佳铝粉量,对较低硼铁含量渗剂的促渗效果显著优于对较高硼铁含量的;对硼铁含量较低、在交流电场单一渗硼时获得Fe₂B单相渗层的渗剂,加入≥0.5%铝粉,所得渗层由FeB和Fe₂B双相组成,近表层硬度提高;在其他条件相同时,在含6%硼铁的渗剂中加入1%铝粉,经4 h电场增强共渗,得到约70 μm渗层且硬度曲线分布平缓,而相应单一渗硼的渗层厚度仅约26 μm。     

ZHB固体渗硼法

本文试验研究了一种新的固体渗硼法——活化剂沉底固体渗硼法(本文简称ZHB渗硼法)。该方法从根本上解决了粉末渗硼剂的粘结问题,并能使渗硼剂的重复使用性能大为提高,从而使固体渗硼成本大幅度降低。     

电场频率对45钢交流电场增强粉末法渗硼的影响

在800℃粉末法渗硼过程中对中碳45钢试样和渗剂施加交流电场,研究电场频率对粉末法渗硼的影响规律和作用机制。对渗硼保温过程中试样的温度、渗硼层显微组织、相结构、厚度及显微硬度分布等进行观测分析。结果表明:交流电场使试样温度高于渗硼保温炉温,电场电流恒定时,随频率从20Hz增至400Hz,试样温升先降低后升高,硼化物层及增碳区厚度均先减小后增加;当电场电流为3A时,硼化物层为单相Fe2B;当电场电流≤2A时,随频率增加,硼化物层由FeB+Fe2B双相变为单相Fe2B,渗层表层硬度降低、硬度分布曲线趋于平缓。分析认为,电场频率通过综合影响渗剂反应、活性硼原子及含硼活性基团在试样表面的吸附和试样内原子的扩散来影响渗硼。     

45钢直流电场增强粉末法渗硼层相结构与性能

在粉末渗剂和45钢试样上施加4 A电流的直流电场,于800℃进行直流电场增强渗硼。以X射线衍射、光学显微观察和显微硬度测试等手段,分析位于电场不同位置试样渗硼层的相结构、显微组织、厚度与及显微硬度分布。结果表明:电场渗硼的渗层组织形态基本与常规渗硼的一致,以锯齿状楔入基体,但其相结构、显微硬度分布、厚度等与试样位置有关;朝正极面的渗层一般由Fe B和Fe2B两相组成,渗层较厚且较硬;朝负极面的渗层主要由Fe2B组成,随渗硼时间延长Fe B先增加,后减少至消失;渗硼时间等于及超过2 h,渗层下出现明显的过渡区;渗层厚度与保温时间关系曲线呈抛物线特征。从直流电场对渗剂化学反应、含硼活性基团在气氛中的扩散及硼在试样内扩散的影响等方面进行了分析。     

交流电场对Q215钢800℃粉末法渗硼硼化物层生长的影响

与传统粉末法渗硼对比,研究交流电场对800℃不同渗剂条件下Q215钢渗硼层中FeB与Fe2B相生长的影响。结果表明:常规渗硼在渗剂硼铁含量低于3%、渗层未形成FeB时,增加硼铁可显著促进渗硼层生长;然后进一步增加硼铁含量,渗层出现FeB,但对渗层厚度影响不大。交流电场显著促进渗硼层生长,随硼铁含量的增加,渗层厚度先增后减。硼铁高于10%后,渗层才出现FeB。施加交流电场改善内扩散,可影响Fe_2B、FeB生长和转化。     

渗硼对灰铸铁耐磨性的影响

采用商用LSB-Ⅱ型固体粉末渗硼剂对可用作可淬硬凸轮轴的合金灰铸铁进行渗硼处理。渗硼温度分别为850℃、900℃和950℃,保温时间分别为2、4、6和8h。采用Olympus光学显微镜和X射线衍射分析渗硼层厚度和渗层组织。用M200型块环式磨损试验机（淬火加低温回火GCr15钢圆环作为对磨副）研究渗硼和未渗硼（但是进行了淬火和低温回火）合金灰铸铁试样的耐磨性并用S-450型电子探针观察磨损形貌。结果表明,渗硼合金灰铸铁比淬火加低温回火合金灰铸铁的耐磨性更高。     

45钢渗硼工艺的正交分析研究

研究了渗硼温度、供硼剂种类、活化剂种类及其含量对渗硼层厚度和质量的影响，并对硼砂型渗硼剂中加入硅铁作为还原剂对渗硼效果的影响也进行了研究。结果表明：温度与供硼剂种类是45钢渗硼的主要影响因索；45钢渗硼的最优工艺方案为：供硼剂选用B4C 稀土，活化剂为Na3AlF6，活化剂含量为20％～30％，温度为950℃；以硼砂为供硼剂的渗硼剂中加入硅铁粉能提高渗硼层的厚度及渗硼质量。     

交流电场对45钢粉末法铝硅共渗的影响

通过一对平行电极对45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法铝硅共渗。通过分析对比电场增强粉末法铝硅共渗与常规铝硅共渗渗层的厚度、组织、微区成分、相结构及抗氧化性能,研究电场对45钢粉末法铝硅共渗的作用特性。结果表明:交流电场能够显著促进粉末法铝硅共渗,渗层厚度和硅含量随电场强度增加而增加,渗层相结构也发生相应变化,当渗扩温度≥650℃、电场电流≥0.5 A时,富铝相消失;常规工艺700℃共渗4 h的渗层厚度仅约24μm,但在电流为0.7 A的电场作用下,可获得约100μm厚渗层;900℃循环氧化试验表明,电场铝硅共渗试样的抗氧化性能远高于常规铝硅共渗试样。