45钢直流电场增强粉末法硼铝共渗特性

采用不同铝粉含量(0%~1.5%)的硼铝共渗剂对45钢于750 ℃进行直流电场增强粉末法硼铝共渗,并与相应常规渗扩及直流电场增强单一渗硼对比。通过X射线衍射、光学显微镜以及显微硬度测试等方法,观察分析位于直流电场中不同位置试样渗层的相结构、显微组织及硬度分布。结果表明,直流电场对粉末法渗硼、硼铝共渗均有显著促渗作用;直流电场增强渗扩渗层的形成特性不仅与试样位置及渗扩面位向有关,还与渗剂中铝粉含量有关,渗剂中铝粉含量由0增加至1.5%,负极试样面向正极侧与中间试样面向正极侧的渗层厚度先增加后降低,中间试样面向负极侧渗层厚度先缓慢增加然后大幅度增加,正极试样面向负极侧渗层厚度先增后降再增加。铝粉含量为0时,正极试样面向负极侧和中间试样面向负极侧渗层均为“锯齿状”单相Fe₂B,负极试样面向正极侧和中间试样面向正极侧由“锯齿状”FeB+Fe₂B构成。铝含量为0.3%时,各渗层均由双相“锯齿状”(Fe,Al)B和(Fe,Al)₂B构成; 渗层呈“锯齿状”特征时,硬度峰值在1400~1900 HV0.025。当铝粉含量≥0.5%时,由负极向正极,渗层“锯齿状”特征逐渐消失,各试样渗层表层逐步出现KAlF₄、AlF₃及Fe₃Si等相,渗层硬度显著降低,硬度峰值为450~1400 HV0.025。     

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。     

交流电场增强45钢中温粉末法硼铝共渗特性

为克服传统粉末法硼铝共渗存在的处理温度高、渗速慢以及渗剂利用率低的缺点,研究以交流电场加速中碳 45 钢中温粉末法硼铝共渗。 分别采用光学显微镜、X 射线衍射仪、扫描电镜能谱仪和显微硬度计等观测共渗层厚度、组织、相结构、成分分布及硬度分布,研究电场对共渗的影响,分析硼、铝的交互作用。 研究发现:交流电场对硼铝共渗的促进程度与渗剂配比有关;当渗剂中铝粉的质量分数低于 3%时,共渗以渗硼为主,共渗层组织主要为表层含铝的锯齿状硼化物,铝促进硼化物生长,在施加交流电场时表现更为显著,当电场电流为 2 A 时,铝的促渗作用在铝粉的质量分数为 2%时达到峰值,渗层厚度约为相应不加铝粉的 3 倍,而当电场电流增至 6 A 时,渗层厚度约为相应不加铝粉的 10 倍, 增加电场电流会增加渗层次表层的硬度;当渗剂中铝粉的质量分数≥3%时,共渗以渗铝为主,渗层组织表现为渗铝特征,但渗层厚度远比相应单一渗铝的薄,交流电场的促渗作用不显著。     

45钢渗硼层的相结构研究

用硼砂石墨型粒状渗硼剂对45钢进行了高温长时间深层渗硼。用光学显微镜、透射电镜及电子探针研究了渗硼层的组织结构与成分分布。结果表明,渗硼层表层为FeB向里为Fe_2B,Fe_2B针间和前沿存在有比Fe_2B针色深的夹缝组织,其显微硬度值为300～500HV_(0.1)。夹缝组织由于Fe_3Si、Fe_5Si_3、FeSi、FeSi_2及FeCSi相组成。渗硼层中碳与硅的分布是不均匀的其富集区大多在Fe_2B齿间和前沿。     

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。     

铬对交流电场增强粉末法渗硼层组织和性能的影响

在低硼势粉末法渗硼剂中加入适量的铬粉,于750 ℃对45钢进行交流电场增强渗硼,研究Cr对电场增强粉末法渗硼的影响。采用光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对渗层组织、厚度、相与显微硬度进行观察和分析。试验结果表明:采用含3%硼铁的渗剂,渗硼层为典型的锯齿状硼化物,主要为Fe₂B相;当渗剂中加入微量铬粉时,最高硬度基本不变,渗层厚度增加,且在铬粉含量为0.2%时达最厚,较不加铬粉的提高约80%,之后降低;当铬粉含量高于3%后,渗层的最高硬度降低;当加入的铬粉≥5%时,渗层表层还出现多种含铬相。     

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.     

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钢渗硼工艺对渗层组织与性能的影响

研究了渗硼温度、保温时间和渗硼剂配方对45钢渗硼层组织和性能的影响.结果表明:在给定实验条件下,渗硼层组织致密,硼化物呈针齿状楔入基体,与基体结合牢固;渗硼层厚度随渗硼温度的升高、保温时间的延长而增加.相比而言,温度对渗硼层厚度的影响大于时间的影响;渗硼层中FeB相使表面硬度显著提高:渗硼层抗盐酸、硫酸、氢氧化钠腐蚀性优良.     

渗硼时间对45钢固体粉末渗硼渗层组织与性能的影响

以45钢为基材对其表面进行固体粉末渗硼,探讨渗层生长行为及渗硼时间与渗层组织及性能的关系.结果表明,渗硼层由硼化物Fe2B构成,硼化物以长短不齐的方式垂直楔入基体形成连续针齿状层,与基体牢固结合.随渗硼时间延长,渗层厚度先快速增大后缓慢增加.渗层生长动力学符合抛物线规律.渗层显微硬度随渗层深度增加,先开始有所增加,后出现明显降低,最后缓慢降低.延长渗硼时间,渗硼深度增加,且显微硬度和耐磨性均能增加.     

Study on effects of alternating current field to pack boriding of medium carbon steel

Abstract

A plain medium carbon steel was borided by alternating current field enhanced pack boriding (ACFEPB). Diffusion kinetics and case characteristics of the borided steel were investigated to understand effects of an alternating current field (ACF) on pack boriding. Conventional pack boriding (CPB) was also employed for comparison. A series of boriding were conducted at temperatures of 873, 973, 1073 and 1173 K for 1, 2, 4 and 6 h, respectively, with a fixed current of 4 A. The morphology and types of borides formed in the steel were investigated by optical microscopy and X-ray diffraction, respectively. Boride growth kinetics was analysed by measuring the average thickness of the boriding case as a function of time and temperature. The growth rate of the ACFEPB case versus time showed the same parabolic character as CPB. The parameters of the boron diffusion kinetics, D?=?D₀exp(?QR^?1T^??1), have been determined. The results showed that the ACF enhanced inter-diffusion of boron in the substrate. The value of D, diffusion coefficient, in ACFEPB was more than 4 times of that in the CPB. The activation energy Q (44·45 kJ mol^?1) of the borided steel in the ACFEPB was less than 1/4 of that (180·6 kJ mol^?1) in the CPB.     

以渗铝为主的Q195钢交流电场增强粉末法铝铬共渗特性

在渗铝剂中加入铬粉,对Q195钢在800℃进行以渗铝为主的交流电场增强及常规粉末法铝铬共渗.用金相显微观测、X射线衍射分析、显微硬度测试等分析渗层组织、相、厚度及显微硬度沿渗层深度方向的分布.结果表明,相较单一渗铝,添加少量铬粉对常规铝铬共渗层组织和厚度影响不大,但次表层硬度提高;交流电场对单一渗铝和铝铬共渗均有促渗作...     

交流电场对45钢粉末法渗铝的影响

通过设置一对电极,在粉末法渗铝过程中对置于两极间的45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗铝。通过对渗铝层的生长、组织与相结构特性的观察分析,研究交流电场对45钢粉末法渗铝的影响。结果表明:施加适当的交流电场可以显著促进渗铝过程,促渗作用随电场电流增加而增加;在仅含2%铝粉的渗铝剂中进行电场电流为2 A、保温4 h的渗铝,在500℃即可形成约40μm的渗铝层,在800℃时形成厚约180μm的渗铝层;交流电场能够降低渗铝层表层的含铝量,避免表层形成硬脆富铝相;交流电场粉末法渗铝层在900℃时具有优良的抗氧化性能。分析认为,交流电场的促渗作用与电场对渗铝过程中试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及渗罐内的实际温度等的影响有关。     

Novel pack cementations: direct current field assisted pack cementations

Abstract

Direct current field (DCF) assisted pack cementation processes are designed to overcome the problems of higher processing temperature and longer time in conventional pack cementations (CPCs). Anode and specimen as cathode are parallel with each other, and are embedded in powder agents, all of which are sealed in a stainless steel box. Effects of DCF on pack cementations, including boriding, nitrocarburising, aluminising, siliconising and chromising, have been investigated by applying DCF between the electrodes during soaking. The results indicate that DCF can greatly enhance all these cementations. Effective pack cementations can be carried out at a lower temperature and/or by shorter soaking time with the help of DCF. Direct current field endows the treated specimen with properties being the same as or superior to that by CPC. It is proposed that DCF makes the concentrations of required element at and around the cathode specimen’s side facing the anode much higher than in any other positions in the CPC process by forcing required element containing species diffusing towards the cathode, which leads to reduction of the absorption of the required element by inner wall of the box and the non-working surface of the specimen. The physical effects of the DCF on the enhanced cementation are discussed.     

La2O3包埋渗硼TB2钛合金的腐蚀与磨损性能

为了改善TB2合金的表面性能,采用4％La2O3(质量分数)包埋渗硼法对TB2合金进行1100℃,20 h渗硼处理,研究TB2钛合金的渗硼层组成与厚度以及腐蚀与磨损性能.结果表明,La2O3在渗硼过程中促进硼化物层的生长,提高其连续性和致密性,TiB晶须长度从16.80增至21.84μm.这是因为La2O3能与B反应生...