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Cr12MoV钢固体渗硼研究

郝少祥  
【摘要】:采用正交试验方法,使用自配的固体粉末渗剂,对Cr12MoV钢进行固体渗硼试验。利用OLYMPUS(BH-2)金相显微镜、QUANTA-200型扫描电镜、JSM-6700F型扫描电镜、Hv-1000显微硬度计,对渗硼层进行组织观察和相分析以及测试渗硼层显微硬度。在室温条件下,在M-200型磨损试验机、ML-100型磨料磨损试验机上进行渗硼层的磨损试验。在SX2-12-10箱式电阻炉中进行渗硼层的后续热处理。 试验结果表明:普通渗硼时,渗硼的优化工艺参数为950℃×7h;稀土-硼共渗时,渗硼的优化工艺参数为950℃×5h,稀土优化加入量为0.3%。后续的热处理工艺为970℃淬火、200℃回火。 无论是普通渗硼还是优化的稀土-硼共渗,渗硼层均由硼化物层和过渡区组成。硼化物层均由FeB相、Fe_2B相、(Fe、Cr)_2B相、细小的(Fe、Cr)_3C相、块状的(Cr、Fe)_7C_3相和岛状(Fe、Cr)_(23)C_6组成。过渡区均由块状(Cr、Fe)_7C_3相、须状(Fe、Cr)_2B相、岛状(Fe、Cr)_(23)C_6相、细小的(Fe、Cr)_3C相及屈氏体等组成。过渡区中碳化物及硼化物相的存在可强化和细化过渡区的组织,提高过渡区对硼化物层的支撑作用,有利于硼化物层与心部的结合。 在相同的渗硼工艺条件(600℃×1h→950℃×5h)下,优化的稀土-硼共渗层比普通渗硼层增厚约1/5,且硼化物层中缺陷(疏松、孔洞)少,组织较致密。在渗硼层的显微硬度方面,无论是普通渗硼还是优化的稀土-硼共渗,两者相比差别不大,最高硬度都出现在次表层而不是表层,渗层显微硬度都呈梯度分布,只是优化的稀土-硼共渗层的显微硬度是平缓过渡,而普通渗硼层的显微硬度则是陡降的,。脆性相比,优化的稀土-硼共渗层脆性(1级)比优化的普通渗硼层脆性(3级)低二个级别。在耐磨性方面,优化的稀土-硼共渗层比普通渗硼层高出约15倍。 无论是普通渗硼还是稀土-硼共渗,温度都是最主要的影响因素。随着渗硼温度的升高,渗硼层均增厚,同时也使渗层中疏松、孔洞增多。 对于普通渗硼和稀土-硼共渗,随着保温时间的延长,渗层增厚。但在5h保温时间内,普通渗硼层增厚显著;超过这一保温时间,随着保温时间的进一步延长,渗层增厚不显著。而对于稀土-硼共渗,超过这一保温时间(5h),随着保温时间的进一步延长,渗层增厚缓慢。说明稀土-硼共渗需要一定的保温时间与之匹配,在匹配的保温时间内,才能充分发挥稀土的催渗作用,获得最佳渗层厚度。基于此,在0.3%稀土加入量(质量分数)条件下,选择5h保温时间为宜。 在950℃×5h渗硼条件下,随着稀土加入量的增大,渗硼层增厚,在0.3%的加入量时渗硼层厚度达到最大值(90μm),超过这一加入量,渗硼层的厚度反而减薄。 对于普通渗硼,升高渗硼温度和延长保温时间都可增高渗硼层显微硬度。 对于稀土-硼共渗,在相同渗硼条件(600℃×1h→950℃×5h)下,稀土加入量超过一定值(0.3%),硼层显微硬度则会下降。 在相同的磨损试验条件下,经600℃×1h→950℃×5h渗硼后,优化稀土-硼共渗层的耐磨性高于普通渗硼层。渗硼后,后续热处理工艺对渗硼层的耐磨性有显著影响。在相同渗硼工艺(600℃×1h→950℃×5h)和相同的磨损条件下,再经970℃淬火、200℃回火处理,优化稀土-硼共渗层的耐磨性高于普通渗硼层。对于稀土-硼共渗,在相同渗硼工艺(600℃×1h→950℃×5h)和相同的磨损条件下,


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