CN101135038A

CN101135038A - 渗硼剂及其使用方法

Info

Publication number: CN101135038A
Application number: CNA2006100307212A
Authority: CN
Inventors: 马刘宝
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2006-08-31
Filing date: 2006-08-31
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2026-08-31
Also published as: CN101135038B

Abstract

本发明涉及一种低温固体渗硼剂及其使用工艺，该固体渗硼剂组分包括硼铁5％～50％，尿素3～30％，稀土元素化合物1～20％，KBF45～40％，木炭5～20％，其余为碳化硅，所述稀土元素化合物为稀土元素为镧、铈、铽和钇的化合物。在使用工艺中采取了两段加热的方式先升温至500～600℃，保温1～5小时，再升温至630～750℃，保温2～8小时后炉冷，得到渗硼层，有效解决了渗硼温度高，渗层变形大的问题，改善渗层性能，简化了工艺，具有明显的效果。

Description

渗硼剂及其使用方法

技术领域

固体渗硼的过程是将渗硼剂混合均匀后，将要处理的工件埋在渗剂粉末中，密封装设入热处理炉进行热处理。在热处理过程中产生化学反应生成渗硼层结合在工件表面，提高工件的防腐耐磨性能。本发明涉及一种固体粉末渗硼剂及其使用方法，用于相对低温条件下工件渗硼的热化学处理。

背景技术

渗硼工艺发展至今已有百余年历史，业界创造发明了各种渗硼方法和工艺，如固体粉末渗硼、气体渗硼、膏剂渗硼、以及盐浴渗硼等，其中固体渗硼具有工艺操作方便，使用设备简单，质量易控制等优点，在生产中得到较广泛的应用。硼化物层具有硬度高(Fe₂B为1290~1680HV，FeB为1890~2340HV)耐蚀性、耐磨性好，抗高温氧化性及红硬性优良特点，但由于目前渗硼处理的温度较高(>850℃)，渗硼处理之后零件的变形较大，且渗硼层较薄，渗层脆性较大等原因，限制渗硼技术的推广应用，为克服此类缺陷，业界进行了大量的研究探索，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等等。目前固体渗硼技术主要有两个研究方向：改变渗硼剂成分，获得性能优良(脆性低，渗层厚)的渗层；采用不同渗硼工艺及渗前、渗后处理工艺，降低热处理温度，改善渗层性能。

不同的渗剂，配以不同的处理条件，能得到不同的组织状态、不同厚度以及不同的显微硬度的渗层。硼化物的组织状态一般有针状双相(指FeB和Fe₂B)、针状单相、不连续的硼化物针、致密的单相Fe₂B、内部有大块黑色组织的渗层、有半连续的黑孔的渗层等等，渗层厚度也从30μm～250μm不等，显微硬度的变化范围一般为1200～2200HV。

固体粉末渗硼剂由三部分组成：供硼剂、活化剂和填充剂。供硼剂可用非结晶硼、碳化硼、硼铁合金、硼砂等。其中固体渗硼剂太多采用硼铁合金(称硼铁型)或硼砂(称硼砂型)。硼铁型渗剂的渗硼温度一般为800～930℃)，渗硼时间为3~6h。试验证明，常用的工程材料碳钢和低合金钢经渗硼后能得到满意的渗硼层组织，且渗层较厚。但是在较高温度下较长时间加热会使钢材的基体组织粗化，给渗硼后的热处理带来麻烦，这就在很大程度上限制了渗硼技术在某些零件上的应用。硼砂型渗剂虽然渗硼温度较低(780～800℃)，但如果其用量不当，会导致渗剂结块，粘结工件的现象时有发生，因此是否粘结成块以及是否粘结工件也成为衡量渗剂好坏与否的一项重要指标。

发明内容

本发明目的在于提供一种低温固体渗硼剂及其使用工艺，解决渗硼温度过高使渗层变形的问题。降低渗硼温度，实现低温渗硼，并改善渗层性能。

所谓低温固体渗硼，实际上是指在工件材料钢的临界点A1以下的温度进行渗硼，特别是在钢回火温度下进行渗硼，这样改善渗硼性能和简化工艺有良好效果，固体渗硼都是靠高温气体下形成的气相含硼化合物(如BF₃)，在还原剂的作用下，生成亚稳定相的BF₂吸附在工件表面，分解释放出活性硼原子来实现渗硼，因此，在渗硼温度下，能生成更多的气相含硼化合物的活化剂，就能活化更多的活性硼原子。

固体粉末渗硼过程是硼原子向钢基体内的扩散过程，硼原子在γ-Fe中的扩散速度比α-Fe中的扩散速度快得多。降低渗硼温度后，势必造成硼原子扩散速度的降低，渗层变薄。因此，要实现低温渗硼必须解决的第二个问题——硼原子扩散速度。用扩大γ区元素能达到提高硼原子的扩散速度。

在本发明的渗硼剂配方及使用工艺方法构思如下：

1.渗硼剂中的供硼剂为硼铁合金粉末，含量为5％～50％

2.渗硼剂中加入一定量的扩大γ区元素((NH2)2CO尿素)，尿素的含量为3～30％

3.渗硼剂中加入一定量的能提高硼势的稀土元素化合物，其含量为1～20％，稀土元素可以为镧、铈、铽和钇等。

4.渗硼剂中加入KBF4，为催渗剂，主要作用是催化作用增加反应速度，含量为5～40％

5.渗硼剂中加入木炭，疏散剂，防止渗剂结块，含量为5～20％

6.其余用碳化硅填充。

7.上述渗硼剂按照重量比例配好后，混合均匀，然后将工件埋在渗剂粉末中间，密封后放入热处理炉进行热处理。第一段升温至500～600℃，保温1～5小时，再升温至630～750℃，保温2～8小时后，炉冷。随着时间的变化，渗硼层的厚度会产生变化。

本发明所述的渗硼剂，包括：

硼铁5％～30％，尿素3～15％，稀土元素化合物1～15％，KBF45～20％，木炭5～20％，其余为碳化硅，以上百分比为重量百分比。

所述稀土元素化合物为稀土元素为镧、铈、铽和钇的化合物。

本发明所述的渗硼剂的使用方法，包括如下步骤：

1)将硼铁5％～30％，尿素3～15％，稀土元素化合物1～15％，KBF45～20％，木炭5～20％，其余为碳化硅，按重量百分比混合均匀，然后将工件埋在渗剂粉末中间；

2)密封后放入热处理炉，先升温至550～600℃，保温2～5小时；

3)再升温至630～700℃，保温2～8小时后，炉冷。

使用本发明技术后，工艺温度较传统工艺低，有效改善了渗硼温度高，渗层变形大的问题，所获得的渗硼层厚度合适，在改善渗层性能，降低能耗和减少工件变形，同时简化了工艺，具有明显的经济效应。

具体实施方式

以下是采用本发明技术的6组实施例数据：

实施例1

渗剂组成：20％B-Fe，8％KBF₄，8％(NH₂)₂CO，8％木炭，7％轻稀土氧化物，SiC余量。

处理工艺：570℃保温2h，680℃保温6h，获得65μm的渗硼层。

实施例2

渗剂组成：20％B-Fe，10％KBF₄，10％(NH₂)₂CO，8％木炭，1％氯化铈，SiC余量。

处理工艺：570℃保温2h，680℃保温6h，获得70μm的渗硼层。

实施例3

渗剂组成：20％B-Fe，10％KBF₄，8％(NH₂)₂CO，15％木炭，12％轻稀土氧化物，SiC余量。

处理工艺：600℃保温2h，680℃保温6h，获得45μm的渗硼层。

实施例4

渗剂组成：5％B-Fe，5％KBF₄，15％(NH₂)₂CO，20％木炭，3％轻稀土氧化物，SiC余量。

处理工艺：570℃保温2h，700℃保温2h，获得35μm的渗硼层。

实施例5

渗剂组成：20％B-Fe，10％KBF₄，8％(NH₂)₂CO，8％木炭，3％氯化铈，SiC余量。

处理工艺：570℃保温5h，680℃保温6h，获得65μm的渗硼层。

实施例6

渗剂组成：10％B-Fe，20％KBF₄，3％(NH₂)₂CO，5％木炭，15％氯化铈，SiC余量。

处理工艺：550℃保温2h，700℃保温6h，获得30μm的渗硼层。

Claims

1.一种渗硼剂，其特征在于，包括：

硼铁5％～30％，尿素3～15％，稀土元素化合物1～15％，KBF4 5～20％，木炭5～20％，其余为碳化硅，以上百分比为重量百分比。

2.如权利要求1所述的渗硼剂，其特征在于：所述稀土元素化合物为稀土元素为镧、铈、铽和钇的化合物。

3.一种渗硼剂的使用方法，其特征在于包括如下步骤：

a)将硼铁5％～30％，尿素3～15％，稀土元素化合物1～15％，KBF4 5～20％，木炭5～20％，其余为碳化硅，按重量百分比混合均匀，然后将工件埋在渗剂粉末中间；

b)密封后放入热处理炉，先升温至550～600℃，保温2～5小时；

c)再升温至630～700℃，保温2～8小时后，炉冷。

4.如权利要求3所述的渗硼剂的使用方法，其特征在于：所述稀土元素化合物为稀土元素为镧、铈、铽和钇的化合物。