固體滲硼綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1、.固體滲硼綜合實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)一、導(dǎo)論通過對(duì)在實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)的整理，獲得了以下兩個(gè)重要結(jié)論：45 鋼加熱溫度在 800900之間，保溫 26 h 后，滲硼層厚度為 38234m，滲硼層顯微硬度為 801.92425HV，滲層的形貌為鋸齒狀。在接近表面的地方，存在孔洞和微裂紋并且滲硼層為單相的 Fe2B 相。滲硼層厚度 與加熱溫度 T 和保溫時(shí)間 t 的關(guān)系曲線圖。對(duì)實(shí)際生產(chǎn)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)都有現(xiàn)實(shí)的參考和指導(dǎo)意義。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）通過金相觀察和顯微維氏硬度的方法研究不同溫度、不同保溫時(shí)間對(duì) 45 鋼滲硼層組織的影響。2）探究給定固體滲硼劑對(duì)45 鋼滲硼的最佳工藝參數(shù)。 觀察滲硼樣品淬回火后滲硼層剝落情

2、況。三、實(shí)驗(yàn)原理由鐵硼二元相圖（圖1）可知，硼在鋼中的溶解度極低，在不同溫度下可與鋼形成 、 和固溶體 , 其最大溶解度不超過0.02%；在滲硼層中，硼原子和鐵原子可形成兩種類型的化合物，當(dāng)滲層的硼含量達(dá)到9%時(shí)，形成 Fe2 B 化合物層，當(dāng)滲層的硼含量達(dá)到9%16%時(shí)，就形成 Fe2B 和 FeB兩種化合物的混合層。其中，F(xiàn)e2B 是正方面心晶系，硬度為1290 1680 HV，脆性較小。 FeB 為斜方晶系，硬度為 18902340HV，脆性較大。從實(shí)際使用出發(fā)，希望獲得單一的Fe2 B 相的滲硼層。;.要實(shí)現(xiàn)滲硼，一般來說，有三個(gè)基本過程所組成，即化學(xué)介質(zhì)( 滲劑) 的分解，產(chǎn)生活性

3、B 原子；活性 B 原子被金屬表面所吸收； 以及滲入元素向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散，這三個(gè)過程是既分開，又是相互聯(lián)系、相互制約的過程。碳化硼、氟硼酸鉀滲劑的反應(yīng)： 2KBF4+B4C+O2=K2O+4BF2+2B+CO，式中的 BF2 為不穩(wěn)定氣體，經(jīng)分解析出硼原子而形成穩(wěn)定的 BF3 氣體 :3BF2=B+2BF 3。第三個(gè)過程減少表面硼含量使之增加硼滲層之深度，如果分解和吸收進(jìn)行的很強(qiáng)烈，除了有足夠數(shù)量的硼原子供給向內(nèi)層擴(kuò)散外，還余下很多硼原子使之增加表面濃度，這樣就很容易使表層硼濃度超過9%而形成 Fe2B 和 FeB兩相化合物層。所以形成Fe2B 單相組織的條件是：當(dāng)表層硼濃度接近9%時(shí)，要使吸

4、收硼原子的數(shù)量和向深處擴(kuò)散的硼原子數(shù)量接近相等，當(dāng)然這種理想狀態(tài)是難于實(shí)現(xiàn)的，但可以適當(dāng)控制滲硼劑的活性， 使表層硼濃度的遞增速度趨于緩和， 這樣在不太長(zhǎng)的滲硼時(shí)間下，就可避免兩相脆性層的出現(xiàn)。滲硼溫度：一般在850到 1000之間，隨著滲硼溫度提高，可以使?jié)B硼速度加快、滲層增厚并縮短滲硼時(shí)間，但不能超過 1000，因?yàn)闇囟冗^高會(huì)引起晶粒粗大并使?jié)B層疏松。滲硼時(shí)間：一般為 3 到 5 個(gè)小時(shí)，最長(zhǎng)不超過 6 個(gè)小時(shí)。最有實(shí)用價(jià)值的滲硼層厚度為 70150m，因此保溫時(shí)間不宜過長(zhǎng)。保溫時(shí)間過長(zhǎng)在滲層厚度增厚不明顯的情況下使基體晶粒長(zhǎng)大，滲層脆性增加，滲層與基體結(jié)合力弱。;.四、實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)材料采

5、用 45 鋼，預(yù)先對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理， 去除氧化皮后制成10mmX10mmX10mm的試樣。實(shí)驗(yàn)采用滲硼劑成分為：供硼劑B4C、催滲劑 KBF4、填充劑 SiC，以及少量防止?jié)B劑結(jié)塊的Mn-Fe 合金粉末。將試樣表面拋光后，與滲劑一起裝入剛玉坩堝，試樣間保持一定間隔，然后放入箱式電阻爐進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。滲硼實(shí)驗(yàn)工藝： 分別在 850、900、950下保溫 4h，冷卻方式是隨爐冷。每組實(shí)驗(yàn)試樣數(shù)量為2。試樣冷卻后，將每組其中一個(gè)試樣鑲嵌、打磨、拋光之后經(jīng)侵蝕劑腐蝕制備成金相試樣。使用金相顯微鏡對(duì)滲層進(jìn)行觀察、測(cè)量、拍照，使用顯微維氏硬度計(jì)測(cè)量試樣硬度。每組另一個(gè)試樣重新加熱淬水并回火， 之后觀察金相并使用

6、顯微維氏硬度計(jì)測(cè)量試樣硬度。 45 鋼淬回火工藝參數(shù)為： 840淬火， 200回火 1h。滲硼層侵蝕劑配方： 1%苦味酸酒精溶液 10 份+2%硝酸酒精 1 份。使用時(shí)只需用棉球蘸一下配好的溶液 , 在試樣上反復(fù)輕輕地擦拭數(shù)秒左右 , 便可得到滲層組織的全貌。這種腐蝕劑使用操作簡(jiǎn)單 , 易于掌握 , 適用于一般滲硼層組織的金相檢驗(yàn)。五、實(shí)驗(yàn)材料供硼劑 B4 C催滲劑 KBF4填充劑 SiC，以及少量防止?jié)B劑結(jié)塊的 Mn-Fe合金粉末顯微維氏硬度計(jì)剛玉坩堝。六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)編號(hào)滲硼溫度淬回火工藝最外層硬度次外層硬度心部硬度1850無(wú)85.8無(wú)78.12900無(wú)98.785.488.63950無(wú)109

7、95.289.24850840淬火 200回火158119105;.5900840淬火 200回火11096.91066950840淬火 200回火120.5164103表 1 實(shí)驗(yàn)工藝與顯微硬度;.七、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析1、金相 45 鋼滲硼的金相組織形態(tài)為鋸齒狀 ,且垂直于表面楔入基體。 2、在相同的滲硼溫度（ 900）下 ,滲硼時(shí)間越長(zhǎng)滲硼層越厚。 3、在相同的滲硼溫度（9000）下 ,滲硼時(shí)間越長(zhǎng)，滲硼層硬度越高。 這些結(jié)論說明滲硼后工件表面形成鐵的硼化物，具有很好的硬度，使工件的壽命成倍的提高，顯示了巨大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。八、結(jié)論通過對(duì) 45 鋼實(shí)驗(yàn)室固體形變滲硼技術(shù)的研究，通過查閱相關(guān)資

8、料以及做實(shí)驗(yàn)和對(duì)數(shù)據(jù)的分析與討論，我們得出：但本課題在研究過程中現(xiàn)了很多不足 :滲硼層組織中的缺陷主要有：滲硼層過薄；滲硼層生長(zhǎng)不連續(xù)：滲層中有裂紋、孔洞、硼齒分叉及滲硼層組織疏松等， 另外還觀察到呈不連續(xù)狀態(tài)的硼化物生長(zhǎng)現(xiàn)象。滲硼處理后的滲硼層太薄、厚度不均勻甚至不連續(xù)時(shí)滲硼層脆性大容易剝落而且耐磨性、 抗蝕性都很差 在承受較大的擠壓應(yīng)力和疲勞強(qiáng)度的機(jī)器零件上，滲硼層極易剝落。滲硼層厚度取決于滲硼的條件，即由滲硼溫度、時(shí)間以及供硼的介質(zhì)所決定。 提高滲硼溫度或提高滲硼能力均促進(jìn)滲硼層厚度的生長(zhǎng)。 而控制滲硼層厚薄不均勻現(xiàn)象可通過改善介質(zhì)的活性、 均勻混合固體滲劑等措施實(shí)現(xiàn)。具有較多空洞的滲硼層，抗蝕性差。減少滲硼層孔洞的措施： (I) 控制滲硼的溫度，不能使?jié)B硼溫度過高； ()減少滲劑成分中氧化性氣氛的組分。采用粒度為 0.51.5mm 的活性炭粉作為填充劑可減輕多種活化劑造成的滲