CN103882372B - 一种低中碳钢表面强化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低中碳钢表面强化新方法，具体包括先进行淬火处理：其中保温时间为20min‑30min、处理温度为860℃‑920℃、淬火介质为水；然后进行低温硼铬稀土多元共渗处理：共渗温度为570℃‑600℃、共渗时间为4h‑6h、炉冷。其中低温硼铬稀土多元共渗处理工艺中共渗剂成分为：硼铁58.0份，高碳铬铁4.8份，稀土3.9份，氟硼酸钾5.2份，尿素2.1份，氯化铵1.2份，硅钙合金10.2份，活性炭14.6份；共渗剂含量为：以试样周围存在3cm‑5cm共渗剂为宜。本发明具有提高表面硬度和耐磨性、成本低、表面变形小、对材料的形状要求不高、简单易行、缩短工艺时间等优点。
Description
技术领域：
本发明涉及一种表面强化新方法，具体地说是一种低中碳钢表面强化新方法。
背景技术：
低中碳钢在实际工程生产中是十分常用的一类钢，但由于其表面硬度低、耐磨性差等性能，大大减低了这类钢的应用范围。为了拓宽低中碳钢的应用范围，尤其是在精密器件上的应用。国内外专家学者对低中碳钢表面的强化进行了深入的研究，通常的强化方法有：表面纳米化、表面渗硼、渗碳、渗氮、表面喷丸、粒子轰击等方法。但这些方法存在成本高、表面变形大、对材料的形状要求高等不足。目前，专利CN200810015959.7公开了一种硼-铬-稀土共渗剂及其共析线以下的低温共渗工艺，其中包括工件喷丸处理、装箱、硼-铬-稀土共渗、渗后处理以及共渗剂的配制方法，共渗温度为680℃，保温4小时。工件经共渗冷却后，得到相对单一Fe2B渗层，其脆性较小。但共渗层较浅、渗速低、成本较高。
发明内容：
本发明为克服低中碳钢传统表面强化方法的不足，提供一种能够提高低中碳钢表面硬度和耐磨性，同时成本低、表面变形小、对材料的形状要求不高的表面强化新方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的。一种低中碳钢表面强化新方法，具体包括先进行淬火处理：其中保温时间为20min-30min、处理温度为860℃-920℃、淬火介质为水；然后进行低温硼铬稀土多元共渗处理：共渗温度为570℃-600℃、共渗时间为4h-6h、炉冷。其中低温硼铬稀土多元共渗处理工艺中共渗剂成分为：硼铁58.0份，高碳铬铁4.8份，稀土3.9份，氟硼酸钾5.2份，尿素2.1份，氯化铵1.2份，硅钙合金10.2份，活性炭14.6份；共渗剂含量为：以试样周围存在3cm-5cm共渗剂为宜。
这种表面强化方法的机理分析
渗硼是硼原子扩散到金属表面形成金属硼化物的一种热化学表面强化技术。渗硼层具有硬度高、耐蚀性、耐磨性好和抗高温氧化性的优良特点，因此它广泛应用于各种材料表面强化，包括有色金属、黑色金属和各种合金，尤其是低中碳钢。
国内为学者对低中碳钢低温硼铬稀土多元共渗的研究，共渗温度基本为600℃-700℃，但普遍存在渗层浅、连续性较差、渗速低等不足。硼砂型渗剂共渗层约为6.5～12μm，很难满足生产需要；碳化硼型渗剂共渗层约为5.6～10μm，且共渗层不均匀；硼铁型渗剂共渗效果明显优于硼砂和碳化硼，其共渗层约为8～15μm。常州大学谢飞教授对在电场作用下45钢表面渗 硼进行研究，大大提高了渗速，增加了共渗层的厚度，提高了共渗层与基体的结合强度，但成本大。
碳钢经淬火处理后组织为马氏体，是一种结构缺陷，同时局部存在位错和孪晶。这样在共渗过程中这些缺陷必然会降低渗硼时所需的扩散激活能，提高硼势，利于共渗层的形成、渗速的提高、渗层厚度的增加；同时碳钢经淬火处理后表面硬度显著提高，降低了基体与共渗层之间的硬度梯度，改善了共渗层的脆性，提高了共渗层与基体的结合强度。这种先淬火后低温硼铬稀土多元共渗的表面强化方法，使共渗层厚度达到30～52μm，且均匀、连续，同时巧妙地实现了低中碳钢表面“调质”处理的效果，降低了成本，达到表面强化的目的。
本发明具有以下优点：
1、能够大大提高表面硬度和耐磨性，使其在精密器件上应用。
2、成本低、表面变形小、对材料的形状要求不高。
3、这种方法适应范围较广，简单易行。
4、大大缩短了表面强化工艺时间。
附图说明：
图1是45钢860℃×30min淬火后经600℃×6h共渗层的组织形貌图；
图2是45钢860℃×25min淬火后经580℃×6h共渗层的组织形貌图；
图3是20钢920℃×20min淬火后经570℃×6h共渗层的组织形貌图；
图4是20钢920℃×25min淬火后经600℃×6h共渗层的组织形貌图；
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：一种低中碳钢表面强化新方法，具体步骤包括：
1.对45钢进行淬火处理：其中尺寸为10mm×10mm×10mm、保温时间30min、处理温度为860℃、淬火介质为水。
2.共渗剂配制
按照共渗剂的比例配制。
3.共渗剂烘干
将共渗剂放入烘干箱，温度200℃，保温2h。
4.共渗剂搅拌
将烘干好的共渗剂进一步搅拌均匀。
5.装箱
将混合均匀的共渗剂装入自制的渗箱内。
6.硼-铬-稀土共渗
淬火处理后的工件表面埋入填充共渗剂的渗箱里，工件与工件之间、工件与箱壁间距离等于30mm；渗箱用双层水玻璃泥密封后，放置24小时；加热炉升温至600℃，将渗箱放入，计时保温6小时，然后出炉空气冷却。
此方法使45钢表面获得41～52μm的共渗层，均匀、连续，表面硬度1782HV，如图1所示。
实施例2：一种低中碳钢表面强化新方法，具体步骤包括：
1.对45钢进行淬火处理：其中尺寸为10mm×10mm×10mm、保温时间25min、处理温度为860℃、淬火介质为水。
2.共渗剂配制
按照共渗剂的比例配制。
3.共渗剂烘干
将共渗剂放入烘干箱，温度200℃，保温2h。
4.共渗剂搅拌
将烘干好的共渗剂进一步搅拌均匀。
5.装箱
将混合均匀的共渗剂装入自制的渗箱内。
6.硼-铬-稀土共渗
淬火处理后的工件表面埋入填充共渗剂的渗箱里，工件与工件之间、工件与箱壁间距离等于50mm；渗箱用双层水玻璃泥密封后，放置24小时；加热炉升温至580℃，将渗箱放入，计时保温6小时，然后出炉空气冷却。
此方法使45钢表面获得36～47μm的共渗层，均匀、连续，表面硬度1731HV，如图2所示。
实施例3：一种低中碳钢表面强化新方法，具体步骤包括：
1.对20钢进行淬火处理：其中尺寸为10mm×10mm×10mm、保温时间20min、处理温度为920℃、淬火介质为水。
2.共渗剂配制
按照共渗剂的比例配制。
3.共渗剂烘干
将共渗剂放入烘干箱，温度200℃，保温2h。
4.共渗剂搅拌
将烘干好的共渗剂进一步搅拌均匀。
5.装箱
将混合均匀的共渗剂装入自制的渗箱内。
6.硼-铬-稀土共渗
淬火处理后的工件表面埋入填充共渗剂的渗箱里，工件与工件之间、工件与箱壁间距离等于40mm；渗箱用双层水玻璃泥密封后，放置24小时；加热炉升温至570℃，将渗箱放入，计时保温6小时，然后出炉空气冷却。
此方法使20钢表面获得30～38μm的共渗层，均匀、连续，表面硬度1681HV，如图3所示。
实施例4：一种低中碳钢表面强化新方法，具体步骤包括：
1.对20钢进行淬火处理：其中尺寸为10mm×10mm×10mm、保温时间25min、处理温度为920℃、淬火介质为水。
2.共渗剂配制
按照共渗剂的比例配制。
3.共渗剂烘干
将共渗剂放入烘干箱，温度200℃，保温2h。
4.共渗剂搅拌
将烘干好的共渗剂进一步搅拌均匀。
5.装箱
将混合均匀的共渗剂装入自制的渗箱内。
6.硼-铬-稀土共渗
淬火处理后的工件表面埋入填充共渗剂的渗箱里，工件与工件之间、工件与箱壁间距离等于40mm；渗箱用双层水玻璃泥密封后，放置24小时；加热炉升温至600℃，将渗箱放入，计时保温6小时，然后出炉空气冷却。
此方法使20钢表面获得37～43μm的共渗层，均匀、连续，表面硬度1756HV，如图4所示。
Claims (1)
1.一种低中碳钢表面强化方法，其特征是，步骤包括渗前淬火处理、低温硼铬稀土多元共渗处理：共渗温度为570℃-600℃、共渗时间为4h-6h、炉冷，其中低温硼铬稀土多元共渗处理工艺中共渗剂成分为：硼铁58.0份，高碳铬铁4.8份，稀土3.9份，氟硼酸钾5.2份，尿素2.1份，氯化铵1.2份，硅钙合金10.2份，活性炭14.6份；共渗剂含量为：以试样周围存在3cm-5cm共渗剂为宜。
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