45钢棒条固体渗硼工艺及性能的研究

【摘要】：振动筛分领域广泛使用棒条筛板,棒条筛板所用棒条主要为60Si2Mn弹簧钢,这种材料在使用过程中存在的一个主要问题即为棒条的硬度偏低,导致棒条的使用寿命较短,严重影响棒条筛板的使用性能。渗硼处理能够明显提高材料表面硬度、耐磨性、耐腐蚀性,用于棒条的处理能够提高棒条的表面硬度从而可能有效地提高棒条筛板的使用寿命。 本文采用固体粉末渗硼法对45钢进行渗硼处理,通过单因素试验及正交试验优化了渗硼工艺参数以及自制渗硼剂配比。使用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪观察各试样的显微组织及表面形貌,测定渗硼层厚度和元素在渗层中的分布。使用“三钾”试剂侵蚀渗硼层区分FeB和Fe2B两种硼化物,并通过X射线衍射仪分析渗硼层物相结构。在显微硬度计下测量渗硼层硬度值,采用自制磨料磨损试验机模拟棒条筛板工况进行磨损试验,根据试验结果分析了这种工艺在棒条筛板上应用的可能。 试验结果表明：45钢渗硼处理的理想工艺参数为：渗硼温度920℃,渗硼时间6h,渗剂配比为：Na2B4O7 10%, KBF4 10%, NH4C11%,硅铁15%,木炭20%,活性炭2%,余量石墨。通过920℃×6h渗硼处理后可以获得厚度为134μm的单相Fe2B组织,硼化物呈齿状分布。 渗层内B元素由表面至心部呈阶梯状降低。C、Si元素在渗层表面含量较高,硼化物层中含量则极低,而过渡层中出现两种元素富集的情况。硼化物层中B、Fe原子比例基本接近于1：2,说明渗硼层中主要存在Fe2B组织。 硼化物具有本质脆性,主要表现为剥落脆性,同时表面的疏松和孔洞也是引发渗硼层高脆性的主要原因。经920℃×6h渗硼处理可以得到单相Fe2B渗硼层,其最高硬度在1300～1400HV0.1,渗硼处理后出炉空冷可以获得平缓的表层硬度梯度,较低的渗层剥落脆性以及最佳耐磨性,低应力磨料磨损试验结果表明其耐磨性是棒条筛板现用棒条材料60Si2Mn的18倍左右,证明这种材料可以应用于棒条筛板上。 为降低渗硼处理成本,进行渗剂回收处理试验。使用添加30%新渗剂的回收渗剂进行渗硼,能够获得厚度为128μm的渗硼层,渗剂成本可降低约70%。