渗硼技术的原理及检测方法

2023-06-24 理论教育版权反馈

【摘要】：盐浴渗硼1）渗硼设备采用坩埚式盐浴炉，炉膛温度均匀性达到±15℃。渗硼后热处理的目的只是为了提高渗硼件的基体强度。②渗硼后淬火与回火。对心部强度要求较高的渗硼件，在渗硼后还需进行热处理。6）渗硼检测按照JB/T 7709—2007《渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法》进行。2）固体渗硼应采用热装炉，避免700℃以下长时间加热。渗硼后的热处理及组织检测与盐浴渗硼工艺相同。

渗硼表面具有很高的硬度（1400～2000HV），最适宜于提高易磨损工件的使用寿命，可用于在高温、腐蚀介质中工作的工件。渗硼可根据所使用的渗剂不同，分为固体渗硼、气体渗硼、膏剂渗硼、电解盐浴渗硼和非电解盐浴渗硼（简称盐浴渗硼）等。

（1）渗硼钢材适合渗硼用的材料十分广泛，几乎所有的钢铁材料，如结构钢、调质钢、工具钢、铸钢、铸铁、工业纯铁、铁基粉末冶金材料等均可进行渗硼。

（2）盐浴渗硼

1）渗硼设备采用坩埚式盐浴炉，炉膛温度均匀性达到±15℃。

2）渗硼渗剂为硼砂+还原剂，还原剂有碳化硅、纯铝，碳化硅的质量分数为13.6%时最佳。增加碳化硅含量，可提高渗硼效果，但其质量分数超过30%时，盐浴流动性较差。生产上常使用绿色纯洁的碳化硅，其粒度为150～200目。碳化硅粒度太粗，容易沉淀，使盐浴上下层渗硼能力不同；粒度过细，配制时容易烧损，降低渗硼能力。

铝的还原能力较碳化硅强，当盐浴中铝的质量分数为5%时，已具有较高的渗硼能力；加入铝的质量分数为10%时，可获得最大的渗层深度，但当铝的质量分数超过15%时，盐浴变稠，流动性差。铝的纯度应在98%以上，粒度为20～40目。铝粒度太细，加入时会大量烧损；铝粒度过粗，则接触面积小，还原效果差。含铝的渗硼盐浴在连续使用过程中流动性会变差，可通过捞渣，改善其流动性。

在盐浴中碳酸钠等中性盐可以降低盐浴的熔点，改善流动性和提高渗硼速度。渗硼后工件表面形成的残盐为碳酸盐、氧化物及硅酸盐所组成的复合盐，质地疏松易去除，便于清洗。

3）渗硼温度与时间。一般盐浴渗硼温度大多采用850～950℃。渗硼层深度随时间的延长而增加，但时间超过6h以后，不仅渗硼层深度增加缓慢，而且会使渗硼层脆性增加，故渗硼时间一般以1～6h为宜。在渗硼过程中，要经常搅拌盐浴，使盐浴温度均匀和成分均匀。

符合工艺要求的工件，渗硼结束后可以直接淬火，冷却方式根据基体钢材决定。不需要直接淬火的工件，应该采用空冷。

在900℃保温5h，应达到的指标为：单相渗剂的渗层深度Fe₂B≥0.08mm，双相渗剂的渗层深度FeB+Fe₂B≥0.10mm。

渗剂经多次使用后，可更换新渗剂（1/3～1/2）。

4）用沸腾的热水清洗工件。

5）渗硼后的热处理。钢铁工件渗硼后，即使不再进行任何热处理，表面也具有很高的硬度。渗硼后热处理的目的只是为了提高渗硼件的基体强度。

①渗硼后正火。对于一些对心部强度没有提出要求或要求不高，只是需要提高表面硬度的工件，渗硼后经空冷就可以直接使用。

②渗硼后淬火与回火。多数渗硼件不仅要求表面硬度高、耐磨性好，而且要求心部具备一定的强度，以加强对渗硼层的支承能力，充分发挥其耐磨性。所以，渗硼后应进行淬火、回火处理，但应注意不宜采用过高的加热温度和强烈的淬火冷却介质。

对心部强度要求较高的渗硼件，在渗硼后还需进行热处理。要求尽可能采用较缓和的淬火冷却介质，并且淬火后及时进行回火。渗硼后，一般均采用油冷或碱浴冷却，但不要用硝盐冷却或等温处理，因硝盐对硼化物具有较强的腐蚀作用。回火温度也应比低温回火稍高一些，控制心部硬度在45～50HRC就可以了。

某些高合金钢正常的淬火温度一般都在1000℃以上，由于渗硼层组织Fe-Fe₂B在1161℃将发生共晶转变，为此淬火温度必须严格控制。

低、中合金钢淬火后在300～350℃回火为宜，获得的基体强度为45～50HRC。而Cr12Mo型钢在520～600℃回火为宜，获得基体硬度为52～48HRC。

为减少渗硼后冷加工余量，要求尽可能减小变形，工件渗硼后表面硬度高，一般渗后不再进行机加工，或者只允许微量磨加工。因此，渗硼后的淬火应尽量选用能够减小变形的淬火工艺参数，如采用预热或尽可能低的加热温度，以及采用分级或碱浴等温等冷却方法，以便尽可能减小变形。

盐浴渗硼后直接淬火时，最好先放在适宜的中性盐浴炉中停留片刻，这样可起到预冷和除去渗硼熔盐，便于清洗的作用。

渗硼空冷工件如需重新加热淬火时，应将渗硼工件置于保护气氛炉或中性盐浴炉中进行加热，以防止脱硼或渗硼层的氧化破坏。

一般耐磨或耐蚀件，渗硼后不需进行后处理，精密件需进行研磨或抛光处理。

6）渗硼检测按照JB/T 7709—2007《渗硼层显微组织、硬度及层深检测方法》进行。

（3）固体粉末、粒状及膏剂渗硼固体粉末渗硼剂采用化学纯的原料，以硼铁（Fe-B）为供硼剂，氟硼酸钾（KBF₄）和碳酸氢铵（NH₄HCO₃）为催渗剂，工业纯氧化铝（Al₂O₃）为填充剂。

1）装箱。工件用汽油或酒精脱脂后晾干。在渗箱底部铺撒5mm厚的渗剂，垂直放置工件，以减少弯曲变形，然后填满渗剂（非工作面可用旧渗剂填充，以减少渗剂用量），用水玻璃调和粘土封箱。

固体渗硼时，工件与工件、工件与箱壁之间保持10～20mm距离，工件与上、下底部的距离应大于20mm，加盖密封。渗剂用量一般以填满渗箱为宜。膏剂渗硼时将膏剂涂（或喷）于工件需要渗硼表面，干燥后装箱入炉。渗剂可重复使用，一般用旧渗剂70%+新渗剂30%。

2）固体渗硼应采用热装炉，避免700℃以下长时间加热。

3）加热温度和保温时间。加热温度一般为850～1050℃，保温时间为3～6h（保温时间不包括渗箱透热时间）。渗箱与工件的透热时间应视其体积大小确定。

4）冷却与开箱。固体粉末渗硼后，将渗箱从炉内取出，一般待箱体温度下降至500℃以下就可以打箱取出工件空冷。

5）渗硼后的热处理及检测。渗硼后的热处理及组织检测与盐浴渗硼工艺相同。

渗硼技术的原理及检测方法

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