一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝的製作方法
2023-06-12 09:11:21
專利名稱:一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝的製作方法
本發明是一種在粉末滲劑中對碳鋼以及合金鋼件進行表面硬化處理的工藝。
滲硼是一種廣為應用的提高鋼件表面硬度和耐磨性的方法，按其滲入的方式。可分為固體即粉末，液體和氣體滲入三種。其中，粉末法因其設備簡單、工藝簡便、處理後工件易於清理，易於實現局部處理等優點而受到普遍重視，並且，在粉末滲硼的基礎上又發展出了粉末硼矽共滲、粉末硼鉻共滲、粉末硼釩共滲等。共滲處理後的耐磨性比滲硼有了進一步的提高。例如，對於粉末硼矽共滲，SU-718496提出了一種以B4C(45～60%)為主要成分的粉末硼矽共滲劑，SU-977514A提出了一種以B2O3(10～40%)和矽鈣(40～50%)為主要成分的粉末硼矽共滲劑，SU-1129268A提出了一種以B4C(45～55%)和矽粉為主要成分的粉末硼矽共滲劑。對於粉末硼鉻共滲，SU-863709提出了一種以B4C(45～60%)為滲硼源的粉末硼鉻共滲劑，SU-865968提出了一種以CrO3為主要成分的粉末硼鉻共滲劑。上述粉末共滲劑共同的不足之處在於採用了較多價格昂貴的B4C和價格相對較貴的其他物質作為共滲劑的主要成分，因而經濟性較差。另外，滲劑中較多的B4C易使滲層中出現FeB，按公認的觀點，FeB的出現將增加滲層的脆性，降低其耐磨性，特別是在鋼件承受較重載荷時尤為如此。對於硼釩共滲，有人(金屬熱處理，1983年1期27～31頁)提出採用鹽浴硼釩共滲，但鹽浴法的勞動條件較差，處理後殘鹽清洗麻煩，不適用於形狀複雜的零件。西德有人(金屬熱處理，1982年12期10頁)提出採用分步法粉末硼釩共滲，即先滲硼後再行滲釩，這種分步硼釩共滲處理周期長、能源消耗大、工藝複雜、成本高。SU-1070207A提出了一種以HVO3和LaB6、NH4BF4為主要成分的高合金鋼的粉末硼釩共滲劑，但此滲劑的應用僅限於高合金鋼，適用範圍較窄，此外，所採用的HVO3、LaB6都價格高，來源有限，這種滲劑是以滲釩為主，滲層較薄。
本發明的目的旨在提出一種工藝周期較短、操作簡便、經濟性好的粉末法鋼件表面硬化處理工藝，經該工藝處理後的鋼件表面硬度高、耐磨性好、滲層有相當的厚度，且脆性較小，適用於碳鋼以及合金鋼。
本發明的目的是按下述步驟實現的①首先對低碳鋼和低碳合金鋼件進行滲碳，而高碳鋼則不需進行滲碳，然後②對處理件進行淬火，隨後進行低溫回火，然後③對處理件進行磨削，隨後④對鋼件表面進行共滲處理，共滲處理可採用本發明提出的粉末硼矽、硼鉻、硼釩共滲劑中的任一種進行，隨後⑤對共滲處理後的工件進行淬火，隨及進行低溫回火。
本發明提出的三種粉末共滲劑配方分別為1、粉末硼矽共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 45～55%Fe-Si 15～20%
B4C 16～20%NH4Cl 1～2%硼砂 餘量滲劑的五種成分之和為100%。
2、粉末硼鉻共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 15～25%Fe-Cr 15～25%KBF48～10%NH4Cl(或NH4I) 2～3%SiC 餘量滲劑的五種成分之和為100%。
3、粉末硼釩共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 15～25%Fe-V 15～25%KBF48～10%NH4Cl 2～4%SiC 餘量滲劑的五種成分之和為100%。
以下對本發明提出的處理工藝作進一步說明①、對於低於0.3%C的碳鋼和低合金鋼，共滲處理前必須進行滲碳，以保證經淬火後支撐共滲層的基體的硬度和強度高到足以支撐住共滲層，滲碳層厚度應達到1～1.5mm，其含碳量應達到1.0～1.2%C，滲碳處理可用眾所周知的任何一種滲碳方法進行，如氣體滲碳或固體滲碳。高碳鋼不需進行滲碳。
②、鋼件在共滲處理前必須磨削加工至表面光潔度
8以上，以保證好的共滲處理效果和使鋼件在共滲處理後能有高的表面光潔度，而不需再進行磨削。
③、共滲劑的各組成物應破碎到細於60目的粒度，然後將滲劑粉末按上面所述比例均勻混合，隨及將其置於烘箱內在120～150℃烘約4小時，以除去滲劑中的水分。
④、將已烘乾的滲劑裝入處理箱中，將待處理鋼件埋入其內，鋼件與箱壁距離應不小於10mm。
⑤、用耐火泥和水玻璃調成糊狀，用於密封處理箱，封好後放置片刻，以使封泥乾燥，然後⑥、將其處理箱放入已升至450～550℃的熱處理爐內，進行預熱保溫，保溫時間1～2小時，然後隨爐升溫至共滲溫度。
⑦、共滲溫度為900～980℃。在此溫度保溫3～6小時，然後將處理箱取出空冷。
⑧、待處理箱冷至室溫後，將鋼件取出，清理乾淨，再將該鋼件在不被氧化的環境中按其常規熱處理規範進行淬火處理，隨即在150～170℃回火，以使其基體得到細小的回火馬氏體組織，提高基體強度。
⑨、最後對鋼件表面進行拋光，以保證其表面光潔度不低於
8。
按本發明經硼矽共滲處理後，其結果為滲層厚度 86～150μm滲層結構 Fe2B和α相滲層硬度 Fe2B HM501362～1648α相HM50456～549其中，α相是矽溶入鐵素體所形成的固溶體，α相在Fe2B中呈島狀分布，這種低硬度，呈島狀分布的α相有利於提高潤滑條件下滑動摩擦的減摩性。
按本發明經硼鉻共滲處理後，其結果為滲層厚度 95～165μm滲層結構 (Fe，Cr)2B滲層硬度 HM501362～1764按本發明經硼釩共滲處理後，其結果為滲層厚度 85～170μm滲層結構 (Fe，V)2B滲層硬度 HM501544～1764本發明提出的三種共滲劑都是採用鐵合金(Fe-B，Fe-Si，Fe-Cr，Fe-V)作為滲入元素的供應源，(只有硼矽共滲採用了少量B4C)，這些物質來源廣，價格相對低廉，故經濟性好，並且，每次用過後適當添加新滲劑還可多次重複使用，同時，採用本發明提出的滲劑和相應共滲處理工藝，還可防止滲層中脆性相FeB的出現，並使共滲處理可在較低的溫度範圍和較短的時間周期實現。在450～550℃的預熱保溫，隨後隨爐升溫可改善共滲處理效果，可減緩催滲劑(NH4Cl和KBF4，特別是NH4Cl)的分解，減少發氣量和減少氣體的洩漏，從而可在使用較少催滲劑的條件下保證得到好的處理效果，同時也減少了對環境的汙染。另一方面，也降低了對密封的要求，簡化了處理工藝，催滲劑的適當減少對防止FeB的出現也起到有利作用。經共滲處理後，滲層達到了很高的硬度，並有相當厚的滲層，共滲層的結構為合金化的硼化二鐵(硼矽共滲還有α相)，沒有FeB出現，共滲層脆性小，故經共滲處理後的鋼件表面有很高的耐磨性，加之有較高硬度的基體支撐住共滲層，故經共滲處理後的表面能承受較重的載荷，因而本工藝適用於既要求高耐磨性，同時又要承受較重載荷的鋼件的表面處理，如石油牙輪鑽頭滑動軸承的表面硬化處理，此外，本發明也可用作刀具、模具、以及其他要求高耐磨性鋼件的表面硬化處理。
實施舉例例1 石油牙輪鑽頭所使用的SAE8720鋼的粉末硼矽共滲處理按前面所述的步驟進行，即滲碳-淬火-低溫回火-磨削-硼矽共滲-淬火-低溫回火-拋光。硼矽共滲處理的共滲劑成分、工藝參數和處理結果分別為粉末硼矽共滲劑成分(重量百分數)Fe-B 51%Fe-Si 19%B4C 16%NH4Cl 1%硼砂 13%硼矽共滲工藝參數共滲劑烘乾溫度與時間 120℃，4小時共滲處理的預熱溫度與時間 500℃，1小時共滲處理溫度與時間 950℃，6小時處理結果滲層厚度 125μm滲層結構 Fe2B和α相滲層硬度 Fe2B HM501495α相 HM50549緊接滲層的基體組織是回火馬氏體，鋼件心部組織為板條馬氏體。
例2 石油牙輪鑽頭所使用的SAE8720鋼的粉末硼鉻共滲本例採用的工藝步驟和工藝參數均同於例1，下面列出本例所用的共滲劑的成分和處理結果粉末硼鉻共滲劑成分(重量百分數)
Fe-B 15%Fe-Cr 15%KBF410%NH4Cl 2%SiC 58%處理結果滲層厚度 144μm滲層結構 (Fe，Cr)2B滲層硬度 HM501595緊接滲層的基體組織為回火馬氏體，鋼件心部組織為板條馬氏體。
例3 石油牙輪鑽頭用SAE8720鋼的粉末硼釩共滲本例所用的工藝步驟和工藝參數均同於例1，下面列出所用共滲劑的成分和處理結果。
粉末硼釩共滲劑成分(重量百分數)Fe-B 15%Fe-V 15%KBF410%NH4Cl 2%SiC 58%處理結果滲層厚度 140μm滲層結構 (Fe，V)2B滲層硬度 HM501648緊接滲層的基體組織為回火馬氏體，鋼件心部組織為板條馬氏體。
例4 T10鋼的粉末硼釩共滲處理本例除共滲前不進行滲碳處理外，其餘所有工藝步驟、工藝參數和共滲劑的成分均同於例3。下面列出處理結果滲層厚度 138μm滲層結構 (Fe，V)2B滲層硬度 HM501648基體組織 回火馬氏體加粒狀滲碳體
權利要求
1.一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，經過滲碳(只對於低碳鋼)-淬火-低溫回火-磨削-共滲處理-淬火-低溫回火流程，其特徵在於共滲劑的配方為①、粉末硼矽共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 45～55%Fe-Si 15～20%B4C 16～20%NH4Cl 1～2%硼砂 餘量上述五種成分之和為100%。②、粉末硼鉻共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 15～25%Fe-Cr 15～25%KBF48～10%NH4Cl(或NH4I) 2～3%SiC 餘量上述五種成分之和為100%。③、粉末硼釩共滲劑，其成分為(重量百分數)Fe-B 15～25%Fe-V 15～25%KBF48～10%NH4Cl 2～4%SiC 餘量上述五種成分之和為100%。
2.如權利要求
1所述的一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，其特徵在於共滲處理時，先將已裝入滲劑和鋼件並已密封好的處理箱放入已升至450～550℃的熱處理爐內預熱保溫1～2小時，然後隨爐升溫至共滲處理溫度。
3.如權利要求
2所述的一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，其特徵在於共滲處理溫度為900～980℃，在此溫度保溫3～6小時。
專利摘要
本發明為一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，它包括硼矽共滲、硼鉻共滲和硼釩共滲處理，經該發明提出的共滲處理後，可使鋼件表面獲得滲層厚、硬度高、脆性小、耐磨性好、能承受較重載荷的表面硬化層。適用於既要求高耐磨性又要承受較重載荷的鋼件的表面處理，如石油牙輪鑽頭滑動軸承的表面處理，也適用於刀具。模具和其他要求高耐磨性鋼件的表面處理，本發明工藝簡便，處理周期短。
文檔編號C23C12/00GK87104600SQ87104600
公開日1988年2月24日 申請日期1987年7月1日
發明者蘇美瑢, 趙慶, 張玉峰, 齊樹敏 申請人:西南石油學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan