CN103103476B - 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 - Google Patents
一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103103476B CN103103476B CN201310037971.9A CN201310037971A CN103103476B CN 103103476 B CN103103476 B CN 103103476B CN 201310037971 A CN201310037971 A CN 201310037971A CN 103103476 B CN103103476 B CN 103103476B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- niobium
- chromium
- borax
- salt bath
- workpiece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Chemical Treatment Of Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及了一种盐浴铌铬共渗剂，其特征在于按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%组成。本发明获得的覆层能够克服单金属覆层硬度梯度大的缺点，同时提供高硬度、高耐磨、低脆性的共渗梯度组织，以满足承受大载荷的工件服役条件的要求，扩大模具的应用范围，较大幅度提高模具的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于化学热处理领域，具体涉及一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺。
背景技术
机器零件或工模具在工作过程中多数因表面磨损、氧化或者腐蚀而影响寿命，所以提升表面性能可显著提高它们的使用寿命。盐浴表面强化技术因具有盐浴流动性好、工艺稳定、处理效果好和价格低廉、处理过程无公害，且所形成的渗层在常温下具有良好的稳定性、耐磨性、抗粘着性及较高的表面硬度，使用性能稳定等优点，被认为是工模具理想的表面强化技术。单一渗铌层有极高的表面硬度和冷态耐磨性，但覆层与基体硬度差距过大，这种硬度的急剧变化会产生应力集中，增加覆层脆性，减少覆层寿命，而且碳化铌高温抗氧化性能差。单一渗铬抗高温氧化性能好，但耐磨性较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺，所形成的覆层厚度高、硬度大，覆层与工件基体间硬度呈梯度分布，应力集中降低、使用寿命长。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%组成。
一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，称取硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%，备用；
（2）按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温1 小时；
（3）将工件浸入熔化的盐浴中，保持温度为900-920℃，2-4小时后升温至950-980 ℃，2-4小时后将炉温降至Ar1保温2-4小时，进而在工件基体材料的淬火温度处保温1小时，将工件取出后直接油淬，然后于200℃温度下回火保温2小时，即可获得具有一定厚度的铌铬共渗梯度覆层的工件。
工件经过油淬后的回火处理，去除残余应力，稳定工件尺寸，提高综合力学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
（1）碳化铌硬度极高，而工件基体材料的硬度最高也只有800-900HV，如果受到较高的冲击载荷，覆层容易出现崩落。本发明在渗铬过程中，由于铬原子与铁原子半径较为相近，会发生明显的元素互扩散，形成含大量铁、铬元素的过渡区，沿覆层截面方向的硬度过渡会比较平缓而不会出现剧变。另外碳化铬硬度介于碳化铌与工件基体材料之间，整个硬度从最表面到内部是逐渐变小的，形成了功能梯度覆层，所以覆层应力集中大大降低，脆裂倾向减少，覆层抗冲击能力提高。
（2）单一渗铌层有极高的表面硬度和冷态耐磨性，但抗高温氧化性能较差，在450℃以上时就会出现比较严重的氧化现象，限制了碳化铌覆层的应用范围。铬碳化物具有良好的抗高温氧化性，在900℃以下仍能保持较高的稳定性。所以本发明所得共渗层的耐热性优于渗铌层。
（3）在两种元素同时渗入时，渗入的元素会发生相互作用，从而影响扩散层的深度和速度，其中活性较小的组元的扩散速度随活性较大的组元的含量增加而增大。因此，铌铬共渗时，铬的加入会增加铌的扩散速度，覆层厚度增厚。
本发明适用于各种冷作模具的强化处理，特别适合用于提高承受动负荷较大的冷作模具的寿命。适用于钢铁、铸铁和耐热金属制件的强化处理。
附图说明
图1为实施例1中所得的铌铬共渗梯度覆层的XRD图谱。
图2为实施例1中所得的铌铬共渗梯度覆层截面的金相显微组织照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
稀土硅镁购于洛阳忠诚集团有限公司；本发明所用的化工原料均为工业级产品。
物相分析方法：利用转靶衍射仪对铌铬共渗梯度覆层进行X射线衍射分析，得出覆层的相组成及各元素存在状态（如图1所示）。
覆层形貌观测方法：用金相显微镜观察铌铬共渗梯度覆层的厚度及组织形态（如图2所示）。
表面硬度测试方法：用HX-1000TM维氏显微硬度计测量。
耐磨性测试方法：采用球盘式磨损实验机进行覆层的疲劳磨损实验。
实施例1
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂55%，五氧化二铌12%，三氧化二铬12%，碳化硼6%，氟化钠12%，稀土硅镁3%组成；
一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，称取硼砂55%，五氧化二铌12%，三氧化二铬12%，碳化硼6%，氟化钠12%，稀土硅镁3%，备用；
（2）按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量（如1/5的硼砂）硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温1 小时；
（3）将Cr12钢（工件）浸入熔化的盐浴中，保持温度为900℃，4小时后升温至950 ℃，4小时后将炉温降至Ar1保温3小时，进而将温度升至950℃保温1小时，将Cr12钢取出后直接油淬，然后于200℃温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的Cr12钢（工件），具有如下效果：
①覆层物相组成为Cr7C3和NbC，厚度为12.5微米，硬度为3010HV，耐磨性是未经处理的Cr12钢的4.1倍；
②Cr12钢的铌铬共渗梯度覆层与碳化铌覆层显微硬度基本相同，说明铌铬共渗层同样具有良好的表面耐磨性；
③渗层横截面硬度出现梯度变化，因而应力集中大大降低，减少脆裂倾向，提高覆层抗冲击能力。
根据JY/T 016-1996 波长色散型X射线荧光光谱仪方法通则，采用Axios advanced X射线荧光光谱仪，检测条件是电压30~60kV，电流50~100mA，铌铬共渗梯度覆层的检测结果如表1所示。
表1
| 元素组成 | Cr | Fe | Nb |
| 质量分数/% | 3.10 | 8.14 | 88.76 |
由XRD物相分析图1可知覆层由碳化铌与碳化铬组成，我们也可以进一步得出结论，即外层为富碳化铌相，内层为富碳化铬相，原因有二：（1） X射线荧光光谱的检测结果显示，铌铬共渗梯度覆层中铌的含量远大于铬的含量，因为实验原理是X射线轰击试样表面，使试样中的元素激发出二次X射线，处于内侧的元素激发出的X射线由于自吸收存在一定程度的衰减，碳化铌主要在外侧导致激发出的二次射线强度更大，在元素组成上的体现就是含量更高，而铬元素主要处于内侧而检测含量较低；（2） 由硬度测试可知，对照硬度值可以推断出外侧为富碳化铌相而内侧为富碳化铬相。由于扩散是一个连续的过程，铌铬元素的浓度分布不会跃迁而存在一个渐变的趋势。
另外，铌铬共渗梯度覆层的X射线荧光光谱检测结果中出现铁元素，而且其含量比铬要高，这是因为碳化铬层中固溶进入铁原子，因为铬原子与铁原子半径相差很小（铬原子半径1.18nm，铁原子半径1.17nm），在高温热扩散过程中铁原子在扩散驱动力的作用下进入碳化铬层形成(FeCr)7C3或(FeCr)3C2。
说明所形成的覆层厚度高、硬度大，覆层与工件基体间硬度呈梯度分布，应力集中降低、使用寿命长。
实施例2
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂68%，五氧化二铌6%，三氧化二铬10%，碳化硼4%，氟化钠10%，稀土硅镁2%组成；
一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，称取硼砂68%，五氧化二铌6%，三氧化二铬10%，碳化硼4%，氟化钠10%，稀土硅镁2%备用；
（2）按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温1 小时；
（3）将Cr12MoV搓丝板（工件）浸入熔化的盐浴中，保持温度为920℃，3小时后升温至980 ℃，2小时后将炉温降至Ar1保温4小时，进而将温度升至950℃保温1小时，将Cr12MoV搓丝板取出后直接油淬，然后于200℃温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的Cr12MoV搓丝板（工件），具有如下效果：
①覆层物相组成为Cr7C3和NbC，均匀并且增厚，厚度为11微米，平均硬度为2900HV。
②与单纯渗铌相比，模具Cr12MoV搓丝板的使用寿命提高5倍，大大减少了模具消耗，提高了Cr12MoV搓丝板的作业效率。
实施例3
一种盐浴铌铬共渗剂，按重量百分比计，它包括由硼砂70%，五氧化二铌10%，三氧化二铬8%，碳化硼3%，氟化钠8%，稀土硅镁1%组成；
一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，它包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，称取硼砂70%，五氧化二铌10%，三氧化二铬8%，碳化硼3%，氟化钠8%，稀土硅镁1%备用；
（2）按上述配比，向坩埚内加入硼砂，先将少量硼砂加入，待硼砂熔化之后，再缓慢加入少量硼砂，逐步依次进行，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温1 小时；
（3）将9Cr2Mo滚丝轮（工件）浸入熔化的盐浴中，保持温度为920℃，2小时后升温至980℃，4小时后将炉温降至Ar1保温2小时，进而将温度升至880℃保温1小时，将9Cr2Mo滚丝轮取出后直接油淬，然后于200℃温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工件。
经上述工艺处理后的9Cr2Mo滚丝轮（工件），具有如下效果：
①覆层物相组成为Cr7C3和NbC，厚度为10微米，平均硬度为2700HV。
②与单纯渗铌相比，提高了工件使用寿命4倍。
Claims (2)
1.一种盐浴铌铬共渗剂，其特征在于按重量百分比计，它包括由硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%组成。
2.权利要求1所述的一种盐浴铌铬共渗剂的应用工艺，其特征在于它包括如下步骤：
（1）按重量百分比计，称取硼砂55-70%，五氧化二铌6-12%，三氧化二铬6-12%，碳化硼3-6%，氟化钠8-12%，稀土硅镁1-3%，备用；
（2）按上述配比，向坩埚内加入硼砂，直到全部硼砂熔化；再加入五氧化二铌、三氧化二铬、氟化钠、稀土硅镁，充分搅拌至全部熔化，最后加入碳化硼至熔化形成盐浴，保温1 小时；
（3）将工件浸入熔化的盐浴中，保持温度为900-920℃，2-4小时后升温至950-980 ℃，2-4小时后将炉温降至Ar1保温2-4小时，进而在工件基体材料的淬火温度处保温1小时，将工件取出后直接油淬，然后于200℃温度下回火保温2小时，即可获得铌铬共渗梯度覆层的工件。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310037971.9A CN103103476B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310037971.9A CN103103476B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103103476A CN103103476A (zh) | 2013-05-15 |
| CN103103476B true CN103103476B (zh) | 2015-09-30 |
Family
ID=48311663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310037971.9A Expired - Fee Related CN103103476B (zh) | 2013-01-31 | 2013-01-31 | 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103103476B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105951036B (zh) * | 2016-05-20 | 2019-05-24 | 武汉科技大学 | 一种盐浴稀土铬钛共渗剂及其应用工艺 |
| CN105803383B (zh) * | 2016-05-20 | 2019-10-01 | 武汉科技大学 | 一种盐浴稀土铬钛复合渗剂及其应用工艺 |
| CN108359930A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-03 | 武汉理工大学 | 一种热压成型汽车摩擦片模具的表面强化处理方法 |
| CN108754410B (zh) * | 2018-06-04 | 2020-01-31 | 武汉理工大学 | 用于冲裁模表面强化的梯度覆层的制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041977A (zh) * | 1989-03-04 | 1990-05-09 | 国家机械工业委员会武汉材料保护研究所 | 金属稀土共渗盐浴 |
-
2013
- 2013-01-31 CN CN201310037971.9A patent/CN103103476B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1041977A (zh) * | 1989-03-04 | 1990-05-09 | 国家机械工业委员会武汉材料保护研究所 | 金属稀土共渗盐浴 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Nb-Cr共渗层组织结构与性能研究;李竹君等;《新技术新工艺》;19961231(第1期);第26页实验结果与分析 * |
| 稀土盐浴渗铬试验研究;雍伟凡;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技辑》;20110915(第9期);第19页-22页、33页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103103476A (zh) | 2013-05-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sarkar et al. | Microstructural influence on the electrochemical corrosion behaviour of dual-phase steels in 3.5% NaCl solution | |
| AU2016210628B2 (en) | A hypereutectoid steel rail and preparation method thereof | |
| Lu et al. | Effects of heat treatment on microstructure and mechanical properties of Ni60/h-BN self-lubricating anti-wear composite coatings on 304 stainless steel by laser cladding | |
| CN102400048B (zh) | 一种用于高强钢轧制的冷轧工作辊用钢,冷轧工作辊及其制造方法 | |
| CN103103476B (zh) | 一种盐浴铌铬共渗剂及其应用工艺 | |
| Chen et al. | Investigation on wear characteristics of a titanium alloy/steel tribo-pair | |
| Li et al. | Wear resistance of H13 and a new hot-work die steel at high temperature | |
| BRPI0615885B1 (pt) | Aço e método de produção de chapa de aço | |
| CN103334054A (zh) | 经济型含铝热挤压模具钢及其制备、热处理和表面处理方法 | |
| Guo et al. | Wear properties of NiAl based materials | |
| CN106435367B (zh) | 一种贝氏体钢轨及其制备方法 | |
| Li et al. | Wear characteristics of Mo-W-type hot-work steel at high temperature | |
| Zhou et al. | Hot deformation behavior and processing maps of BG801 bearing steel | |
| Tang et al. | Microstructures and Mechanical Performance of Plasma-Nitrided Al 0.3 CrFe 1.5 MnNi 0.5 High-Entropy Alloys | |
| Diao et al. | Improvement of wear resistance in ferrite-pearlite railway wheel steel via ferrite strengthening and cementite spheroidization | |
| Ahmadi Miab et al. | Wear resistance of two nanostructural bainitic steels with different amounts of Mn and Ni | |
| El-Amoush et al. | Tribological properties of hard chromium coated 1010 mild steel under different sliding distances | |
| CN104818437A (zh) | 一种自润滑减摩耐磨合金钢及其制备方法 | |
| Wang et al. | Scanning electron beam surface strengthening of column-faced 45 steel | |
| He et al. | Corrosion and abrasion behavior of high-temperature carburized 20MnCr5 gear steel with Nb and B microalloying | |
| Bai et al. | Wear characteristics of austenitic steel and martensitic steel at high temperature | |
| Chen et al. | Thermo-mechanics driven dynamic recrystallization behavior and mechanism in high strength martensitic stainless steel | |
| Lin et al. | Optimization of surface properties by flame spray coating and boriding | |
| Ha et al. | Effects of alloying elements on microstructure, hardness, wear resistance, and surface roughness of centrifugally cast high-speed steel rolls | |
| CN102433505A (zh) | 一种生产滚动轴承的材料 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150930 Termination date: 20200131 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |