化学热处理工艺及应用

一. 化学热处理工艺及应用
除渗碳、渗氮外,渗金属主要有渗AlCrVSiBS等金属和非金属。下面简单介绍。
1. 渗铬
适用于各种钢制件的耐磨性、耐蚀性和抗高温氧化能力。
渗后硬度:低碳钢为200~250HV;高碳钢为1250~1300HV
渗层深度:一般为0.10~0.30mm
渗层金相组织:低碳钢50%左右铬在铁素体中的固溶体;高碳钢由铬的碳化物(Cr7C3)、
CrFe7C3组成。
渗铬方法:固、液、气体渗,还有真空渗等。
固体法:将以下配方研成粒度小于50目(约0.297mm)粉末,然后装箱进行。
配方150%~55%铬铁粉末+40~50%氧化铝+2~3%氯化铵。
配方260%~65%铬铁粉末+30~35%耐火土+3~4%氯化铵。
装炉温度800~850,保温11.5h后升温到10001050.。保温1215h(视层深要求而定)。然后随炉冷却600700出炉空冷即可。
液体法:采用70%氯化钡+30%氯化钠为基盐。将金属铬或铬铁粉末经盐酸处理后放入基盐中,加热到10001050保温1.01.5h即开始渗,同时应不间断地用惰性气体或还原气体保盐浴表面不被氧化。
气体法:利用干净铬块+氯化铵+氢气,在9501100通入氯化铜蒸汽进行。渗铬后的处理:在一定载荷下工作并要求一定的强度的零件,渗铬后正火处理可细化晶粒,提高基体强度和韧性,淬火和回火处理可根据需要调整基体的性能。
2、渗B
  渗硼是指将工件放在一定比例的含硼介质中加热。
适用范围:提高各种钢、铸铁和粉末冶金等材料制作的工件耐磨性。
渗后硬度:900~1200H V0.1以上。
金相组织:为致密的单相Fe2B
渗层深度:一般为40~100um
B方法:固体、液体、气体和膏剂渗。
固渗法:目前市场上有商品固体渗B剂可供应,并附有详细使用说明。也可按下面配方:5%KBF4+0.5~0.3%(NH2)CS(硫脲)+20~30%木炭+62~84BFe(硼的质量分数不小于20%,铝和硅的质量分数分别不大于3.5%~4.0%)。
固渗温度和时间,根据渗B层深度确定。
盐浴渗B应用较为广泛:
配方:90~70%Na2B4O7+10~30%SiC或者5%B4C+15%NaBF+80%NaCL等。
使用温度为920~950,常用钢盐浴渗硼深度与温度及时间的关系见下表。
盐浴成分
(质量分数)
渗硼规范
钢材
渗层深度/mm
表面硬度HV0.1
1%B4C
10%NaBF4
65%NaCL
15%KCL
920~940×4h
10
45
35CrMo
32SiMn2MoA
37SiMn2MoVA
45SiMn2两廊一圈MoVA
0.115
0.115
0.154
0.100
0.107
0.130
--
--
--
1201
1263
1201
5%B4C
15%NaBF4
80%NaCL
920~940×4h
10
T10
0.098
0.042
1482
1402
10%CaSi
10%NaCL
10%Na2SiF6
70%Na2B4O7
940~960×6h
45
32SiMn2MoVA
37SiMn2MoVA
2Cr13
0.138
0.135
0.128
0.036
1877
1765
1877
1098
30%SiC
20%Na2SiF6
50%Na2B4O7
940~950×6h
纯铁
32SiMn2MoVA
37SiMn2MoVA
0.195
0.120
0.115
1331
1264
1266
膏剂渗硼:即将渗硼膏剂涂敷于工件表面需渗硼的部位,干燥后放入盛有惰性填料的箱内,进行加热渗硼。可采用下列配方:50%B4C+35%CaF+15%Na2SiF6920~940,保温4h后出炉。膏剂涂层厚度应为13mm左右,在120150烘干。惰性填料以在高温条件下无氧化脱碳为宜,如新铸铁屑、石英粉+炭粉等均可。
几种钢膏剂渗硼温度、时间与层深及硬度的关系如下表
钢材
工艺规程
渗层深度/mm
表面硬度HV0.1
20 SiMn2MoVA
32SiMn2MoVA
37SiMn2MoVA
45 SiMn2MoVA
35CrMo
2Cr13
45
20
膏剂成分
(质量分数):
50%B4C35%CaF
15%Na2SiF6
920940×4h
0.0616
0.069
0.077
0.120
0.077
0.070
0.108
0.162
1263
1539
1531
1698
1482
1730
1331
1482
渗硼后根据心部硬度要求,直接淬火或缓冷均可。
渗硼在热锻模上的应用,见下表
模具名称
加工的工件
模具材料
模具寿命系数
备注
镦锻机冲头
3W4Cr2V
240
未渗硼
模具的
寿命以
100
镦锻机夹钳模
齿轮坯
38Cr5SiMoV
景德镇陶瓷名人录
205
镦锻机挤压模
轴齿轴坯
38Cr5SiMoV
261
热锻模
连杆
3Cr-3Mo
模具钢
300
渗硼与未渗硼滚压模的寿命比较见下表
软地基
模具材料
意甲电话门事件
淬火回火后的硬度
渗硼层深度/mm
渗层硬度HV
热轧锉刀毛坯件数
渗硼的
淬火的
倍数
T8
5CrNiW
30CrMnSi
8Cr3
64HRC
390-430HBW
380-400HBW
390-430HBW
0.110.17
0.060.09
0.080.12
0.070.10
17001850
21002150
20002100
19502000
22500
13000
13000
16000
350
5000
4000
4200
64.29
2.6
3.25
3.81
3、渗V
    渗钒是将工件放在产生钒原子的介质中,经一定温度加热和保温,将V渗入其表面的热处理工艺。
使用范围:提高各种钢制作的工件的耐磨性和耐蚀性   
(耐酸、盐腐蚀)。
渗后组织:表面组织为钒在铁素体中的固溶体,中高
碳钢为碳化钒或碳化钒与铁素体的混合物。
渗后硬度:中高碳钢渗V后,硬度不低于2000HV
V方法:目前有盐浴法、粉末法和气体法等。其中盐浴法处理温度较低,使用较为广泛。
盐浴法:所用成分是在熔融的硼砂浴中加入质量分数为80%Na2B4O720%钒铁(钒的质量分数在43%以上)的混合物[粒度为100-150目(约为0.097-0.150mm],其加入量以盐浴呈碱性(PH值为9)为准。使用温度为930-970
    钢件渗V后,表面由白亮层和过渡区组成。几种钢930-970V后的硬度和白亮层厚度见下表:
钢材
硬度HV
白亮层厚度/mm
V时间/h
Cr12MoV
27002900
1516
10
GCr15
22902600
33
10
9SiCr
22902500
24
10
T10
22902400
27
10
45
18502290
工艺设计
7
4
为了使心部获得一定的强度和韧性,渗V后应空冷正火细化晶粒,然后按正常的强度进行淬火和回火。但高合金钢(如淬火温度在970以上的Cr12MoVW18Cr4V等)可以渗钒
后,继续升温到其正常淬火温度进行保温及冷却,然后回火。
法: 可以采用的渗剂成分(质量分数)为:60%钒铁+37%高岭土+3%的氯化铵。装箱方法与固体渗碳相同。渗钒温度为10001100。低碳钢渗V后,表层为钒在铁素体中的固溶体,中高碳钢渗V后,表面层为碳化钒或碳化钒与铁素体的混合物。
气体渗V:通常使用氯化钒及氢气作介质,在专用炉中于10001100的温度下渗V
二、多元共渗化学热处理工艺及其应用
多元共渗除碳氮共渗外,还有氮氧、氮硫、铬铝、硫碳氮、铝铬硅等共渗。下面简单介绍分别以铬为基、以硼为基的多元共渗及应用;固体和盐浴覆层工艺及其应用。
1、 以铬为基的多元共渗及应用
铬、铝、硅等是冶炼特殊性能(耐磨、耐蚀和抗高温氧化等)钢和铸铁时,不可缺的重要合金元素。如果工件的基体对性能没有特殊要求时,则可以在普通钢制作的工件表面,通过化学热处理方法增加这些元素,使其表面具有所要求的特殊性能。如此,在满足工件表面特殊性能要求的同时,又可节约昂贵的特殊钢。
1-1铬铝共渗
      铬铝共渗是通过渗入Cr提高工件的耐磨性和耐蚀性能;渗入Al提高抗高温氧化能力的化学热处理工艺。
      铬铝共渗方式:可以先渗铬后渗铝,或先渗铝后渗铬,或两者同时共渗。
      铬铝共渗方法:固体粉末法、气体法和盐浴法等。常用的是固体粉末法,共渗剂成分及热处理工艺见下表:
渗剂成分(质量分数%
热处理工艺
温度/
时间/h
50铬铁+50铝鉄,外加1氯化铵
9501050
515
50+40铝鉄+10氧化铝,外加1氯化铵
1050
810
铬铝合金50+氧化铝50
1040
510丰田全面质量管理
  铬铝共渗 的抗氧化能力比单一渗铬或铝更好,主要取决于渗层中的铬与铝的比例。实践表明,渗入量以CrAl=51(质量比)的比例最佳。共渗层的脆性比单独渗Al的少,950以下的耐热疲劳性能比渗Al的更好。其力学性能比单独渗Cr好。
1-2 铬硅共渗
铬硅共渗是利用渗铬提高工件的耐磨性、耐蚀性、渗硅是提高工件对酸类、海水等的耐蚀性的化学热处理工艺。铬硅共渗可以先渗Cr后渗硅,或者铬和硅同时渗入。

本文发布于:2023-06-23 15:13:50,感谢您对本站的认可!

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