减轻渗硼层脆性的措施.doc

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减轻渗硼层脆性的措施
减轻渗硼层脆性的措施
董占武1,王永刚2
(,河南洛阳471003;,河南永城476600)
摘??要:综合分析了硼化物层的系列致脆因素,提出了若干减脆措施。添加镍、过渡族元素和稀土元素能够有效地降低渗硼层的本质脆性。依靠钢的精选、工艺材料的净化、多元渗硼及后续热处理工艺参数的优化等也可减小脆性。其中多元渗硼、激光重熔技术和自蔓延高温渗硼共晶化效果最为显著。
关键词:渗硼层脆性;激光重熔;多元渗硼中图分类号:
文献标志码:A
FeB可通过热处理工艺来消除。
硼化物在与工件表面垂直的[002]晶向上存在由铁原子组织的最大空间,该空间成为硼原子的快
速扩散通道,硼化物沿此方向生长最快。因此,[002]晶向成为硼化物的择优生长方向,并形成生长织构,破坏了晶体的各向同性,促进沿晶脆断。??渗硼工艺参数的影响
由于渗硼温度一般较高,再加上渗剂与用钢不能很纯净,使得硼化物亚表层中有许多孔洞、疏松,这是先天裂纹源,会加剧脆性。
渗层齿间和前沿存在非正常的组织形态,也会促使沿晶断裂,如过渡层组织粗化会降低韧性;中、高碳钢过渡层出现网状Fe3(C,B)相,会萌生扩展性裂纹而致脆;低、中碳钢硼化物前沿,若分别出现低强度的富硅铁素体或托氏体,在高负荷或冲击力作用时,因其支撑能力弱会引发渗层压溃性碎裂;过渡层太厚,淬火会增大渗层中的残余拉应力,加剧!沿晶断裂脆性?。
渗硼层内含有致脆的碳化物。碳化物尺寸较大且沿晶分布时促使脆性的产生。
渗硼层脆性不仅与服役条件(受载形式)有关,也与渗硼的加热方式、冷却速度和相变有关。
硼化物的性能

斜方拉应力23
1800~2100

~~1500

????渗硼是在金属材料表面获得具有特殊物理性能的硼化物层,渗硼作为一种表面工程技术得到了广/。这种渗硼层指FeB Fe2B双相或Fe2B单相的柱状硼化物层,垂直于工件表面生长。硼化物层具有硬度高,耐蚀性、耐磨性好,抗高温氧化性及红硬性优良等优点;由于FeB和Fe2B的比容、密度、组织结构和线膨胀系数都存在差异,致使双相的硼化物层在热应力及冲击载荷下很容易产生裂纹和剥落。为此国内外的专家学者在此方面做了大量的探索研究,如采取渗硼后获得单相的Fe2B或渗硼后进行真空扩散而得到单相Fe2B,渗硼的共晶化处理及共渗与复合渗等工艺来降低渗硼层的脆性。如何利用渗硼层优异的表面性能,并在此前提下降低渗层的脆性,这在现实生产中具有十分重要的意义。本文根据收集到的资料,对渗硼工艺的脆性产生的原因及其控制措施进行了介绍。
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1??渗硼层脆性原因
??渗硼层的本质属性
渗硼层一般由FeB、Fe2B两相组成,它们都具有本质脆性,但FeB与Fe2B的性能存在明显的差异,区别见表1所示。
表1
性能
硼含量(%)
结构
冷却后的残余应力线膨胀系数/??10-6K
硬度(HV)密度/g cm-3
2??渗硼层减脆措施
??选用合适的渗钢
在满足使用要求的前提下,基体材料应选用纯净的中碳多元低合金钢为好,并控制其中的硅含量,防止渗层中出现粗大的碳化物及渗层前沿出现铁素体软化区,而且过渡层和中心部分组织具有良好的强度和韧塑性,从而降低渗层的表观脆性。
在碳钢中,Fe2B是呈针状与基体结合的,这种形态的Fe2B与基体结合牢固、脆性小。钢中碳及合金元素会改善渗硼层的这种形态,几乎所有合金元素都使渗硼层的齿状结构变得平缓,并使渗硼减薄,因此渗硼应选用碳钢,特别应首选中碳钢,避免
????FeB的本质脆性比Fe2B大,文献[5]对FeB相的价电子结构分析表明,FeB空间键络的分布极不均匀,最强键与最弱键的Na值相差约16倍,Ea值相差约12倍,而Fe2B的最强/,Ea值仅差4倍。因此,FeB相在外力作用下,弱键极易断键,形成脆性裂纹,造成本质脆性增大。所以渗硼时,不希望得到FeB。对已形成的
渗层中出现粗大碳化物,使过渡层与心部获得强韧性好的组织,降低表面脆性。另外,应选用纯净钢,要限制硅含量,因为硅易使Fe2B和基体结合处产生硬度很低的a??Fe相,使渗层呈!蛋壳结构?,在使用时极易剥落。??冷却方式与相变
由于渗层组织与基体