專利名稱:一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝的制作方法
本發(fā)明是一種在粉末滲劑中對碳鋼以及合金鋼件進(jìn)行表面硬化處理的工藝。
滲硼是一種廣為應(yīng)用的提高鋼件表面硬度和耐磨性的方法，按其滲入的方式?？煞譃楣腆w即粉末，液體和氣體滲入三種。其中，粉末法因其設(shè)備簡單、工藝簡便、處理后工件易于清理，易于實現(xiàn)局部處理等優(yōu)點而受到普遍重視，并且，在粉末滲硼的基礎(chǔ)上又發(fā)展出了粉末硼硅共滲、粉末硼鉻共滲、粉末硼釩共滲等。共滲處理后的耐磨性比滲硼有了進(jìn)一步的提高。例如，對于粉末硼硅共滲，SU-718496提出了一種以B4C(45～60%)為主要成分的粉末硼硅共滲劑，SU-977514A提出了一種以B2O3(10～40%)和硅鈣(40～50%)為主要成分的粉末硼硅共滲劑，SU-1129268A提出了一種以B4C(45～55%)和硅粉為主要成分的粉末硼硅共滲劑。對于粉末硼鉻共滲，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于采用了較多價格昂貴的B4C和價格相對較貴的其他物質(zhì)作為共滲劑的主要成分，因而經(jīng)濟性較差。另外，滲劑中較多的B4C易使?jié)B層中出現(xiàn)FeB，按公認(rèn)的觀點，F(xiàn)eB的出現(xiàn)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。對于硼釩共滲，有人(金屬熱處理，1983年1期27～31頁)提出采用鹽浴硼釩共滲，但鹽浴法的勞動條件較差，處理后殘鹽清洗麻煩，不適用于形狀復(fù)雜的零件。西德有人(金屬熱處理，1982年12期10頁)提出采用分步法粉末硼釩共滲，即先滲硼后再行滲釩，這種分步硼釩共滲處理周期長、能源消耗大、工藝復(fù)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(yīng)用僅限于高合金鋼，適用范圍較窄，此外，所采用的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(fā)明的目的旨在提出一種工藝周期較短、操作簡便、經(jīng)濟性好的粉末法鋼件表面硬化處理工藝，經(jīng)該工藝處理后的鋼件表面硬度高、耐磨性好、滲層有相當(dāng)?shù)暮穸?，且脆性較小，適用于碳鋼以及合金鋼。
本發(fā)明的目的是按下述步驟實現(xiàn)的①首先對低碳鋼和低碳合金鋼件進(jìn)行滲碳，而高碳鋼則不需進(jìn)行滲碳，然后②對處理件進(jìn)行淬火，隨后進(jìn)行低溫回火，然后③對處理件進(jìn)行磨削，隨后④對鋼件表面進(jìn)行共滲處理，共滲處理可采用本發(fā)明提出的粉末硼硅、硼鉻、硼釩共滲劑中的任一種進(jìn)行，隨后⑤對共滲處理后的工件進(jìn)行淬火，隨及進(jìn)行低溫回火。
本發(fā)明提出的三種粉末共滲劑配方分別為1、粉末硼硅共滲劑，其成分為(重量百分?jǐn)?shù))Fe-B 45～55%Fe-Si 15～20%
B4C 16～20%NH4Cl 1～2%硼砂 余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?jǐn)?shù))Fe-B 15～25%Fe-Cr 15～25%KBF48～10%NH4Cl(或NH4I) 2～3%SiC 余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?jǐn)?shù))Fe-B 15～25%Fe-V 15～25%KBF48～10%NH4Cl 2～4%SiC 余量滲劑的五種成分之和為100%。
以下對本發(fā)明提出的處理工藝作進(jìn)一步說明①、對于低于0.3%C的碳鋼和低合金鋼，共滲處理前必須進(jìn)行滲碳，以保證經(jīng)淬火后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(yīng)達(dá)到1～1.5mm，其含碳量應(yīng)達(dá)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(jìn)行，如氣體滲碳或固體滲碳。高碳鋼不需進(jìn)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后能有高的表面光潔度，而不需再進(jìn)行磨削。
③、共滲劑的各組成物應(yīng)破碎到細(xì)于60目的粒度，然后將滲劑粉末按上面所述比例均勻混合，隨及將其置于烘箱內(nèi)在120～150℃烘約4小時，以除去滲劑中的水分。
④、將已烘干的滲劑裝入處理箱中，將待處理鋼件埋入其內(nèi)，鋼件與箱壁距離應(yīng)不小于10mm。
⑤、用耐火泥和水玻璃調(diào)成糊狀，用于密封處理箱，封好后放置片刻，以使封泥干燥，然后⑥、將其處理箱放入已升至450～550℃的熱處理爐內(nèi)，進(jìn)行預(yù)熱保溫，保溫時間1～2小時，然后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，然后將處理箱取出空冷。
⑧、待處理箱冷至室溫后，將鋼件取出，清理干凈，再將該鋼件在不被氧化的環(huán)境中按其常規(guī)熱處理規(guī)范進(jìn)行淬火處理，隨即在150～170℃回火，以使其基體得到細(xì)小的回火馬氏體組織，提高基體強度。
⑨、最后對鋼件表面進(jìn)行拋光，以保證其表面光潔度不低于
8。
按本發(fā)明經(jīng)硼硅共滲處理后，其結(jié)果為滲層厚度 86～150μm滲層結(jié)構(gòu) Fe2B和α相滲層硬度 Fe2B HM501362～1648α相HM50456～549其中，α相是硅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相有利于提高潤滑條件下滑動摩擦的減摩性。
按本發(fā)明經(jīng)硼鉻共滲處理后，其結(jié)果為滲層厚度 95～165μm滲層結(jié)構(gòu) (Fe，Cr)2B滲層硬度 HM501362～1764按本發(fā)明經(jīng)硼釩共滲處理后，其結(jié)果為滲層厚度 85～170μm滲層結(jié)構(gòu) (Fe，V)2B滲層硬度 HM501544～1764本發(fā)明提出的三種共滲劑都是采用鐵合金(Fe-B，F(xiàn)e-Si，F(xiàn)e-Cr，F(xiàn)e-V)作為滲入元素的供應(yīng)源，(只有硼硅共滲采用了少量B4C)，這些物質(zhì)來源廣，價格相對低廉，故經(jīng)濟性好，并且，每次用過后適當(dāng)添加新滲劑還可多次重復(fù)使用，同時，采用本發(fā)明提出的滲劑和相應(yīng)共滲處理工藝，還可防止?jié)B層中脆性相FeB的出現(xiàn)，并使共滲處理可在較低的溫度范圍和較短的時間周期實現(xiàn)。在450～550℃的預(yù)熱保溫，隨后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(fā)氣量和減少氣體的泄漏，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(huán)境的污染。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(dāng)減少對防止FeB的出現(xiàn)也起到有利作用。經(jīng)共滲處理后，滲層達(dá)到了很高的硬度，并有相當(dāng)厚的滲層，共滲層的結(jié)構(gòu)為合金化的硼化二鐵(硼硅共滲還有α相)，沒有FeB出現(xiàn)，共滲層脆性小，故經(jīng)共滲處理后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(jīng)共滲處理后的表面能承受較重的載荷，因而本工藝適用于既要求高耐磨性，同時又要承受較重載荷的鋼件的表面處理，如石油牙輪鉆頭滑動軸承的表面硬化處理，此外，本發(fā)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 石油牙輪鉆頭所使用的SAE8720鋼的粉末硼硅共滲處理按前面所述的步驟進(jìn)行，即滲碳-淬火-低溫回火-磨削-硼硅共滲-淬火-低溫回火-拋光。硼硅共滲處理的共滲劑成分、工藝參數(shù)和處理結(jié)果分別為粉末硼硅共滲劑成分(重量百分?jǐn)?shù))Fe-B 51%Fe-Si 19%B4C 16%NH4Cl 1%硼砂 13%硼硅共滲工藝參數(shù)共滲劑烘干溫度與時間 120℃，4小時共滲處理的預(yù)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(jié)果滲層厚度 125μm滲層結(jié)構(gòu) 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 石油牙輪鉆頭所使用的SAE8720鋼的粉末硼鉻共滲本例采用的工藝步驟和工藝參數(shù)均同于例1，下面列出本例所用的共滲劑的成分和處理結(jié)果粉末硼鉻共滲劑成分(重量百分?jǐn)?shù))
Fe-B 15%Fe-Cr 15%KBF410%NH4Cl 2%SiC 58%處理結(jié)果滲層厚度 144μm滲層結(jié)構(gòu) (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 石油牙輪鉆頭用SAE8720鋼的粉末硼釩共滲本例所用的工藝步驟和工藝參數(shù)均同于例1，下面列出所用共滲劑的成分和處理結(jié)果。
粉末硼釩共滲劑成分(重量百分?jǐn)?shù))Fe-B 15%Fe-V 15%KBF410%NH4Cl 2%SiC 58%處理結(jié)果滲層厚度 140μm滲層結(jié)構(gòu) (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(jìn)行滲碳處理外，其余所有工藝步驟、工藝參數(shù)和共滲劑的成分均同于例3。下面列出處理結(jié)果滲層厚度 138μm滲層結(jié)構(gòu) (Fe，V)2B滲層硬度 HM501648基體組織 回火馬氏體加粒狀滲碳體
權(quán)利要求
1.一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，經(jīng)過滲碳(只對于低碳鋼)-淬火-低溫回火-磨削-共滲處理-淬火-低溫回火流程，其特征在于共滲劑的配方為①、粉末硼硅共滲劑，其成分為(重量百分?jǐn)?shù))Fe-B 45～55%Fe-Si 15～20%B4C 16～20%NH4Cl 1～2%硼砂 余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?jǐn)?shù))Fe-B 15～25%Fe-Cr 15～25%KBF48～10%NH4Cl(或NH4I) 2～3%SiC 余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?jǐn)?shù))Fe-B 15～25%Fe-V 15～25%KBF48～10%NH4Cl 2～4%SiC 余量上述五種成分之和為100%。
2.如權(quán)利要求
1所述的一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，其特征在于共滲處理時，先將已裝入滲劑和鋼件并已密封好的處理箱放入已升至450～550℃的熱處理爐內(nèi)預(yù)熱保溫1～2小時，然后隨爐升溫至共滲處理溫度。
3.如權(quán)利要求
2所述的一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，其特征在于共滲處理溫度為900～980℃，在此溫度保溫3～6小時。
專利摘要
本發(fā)明為一種粉末法鋼件表面硬化處理工藝，它包括硼硅共滲、硼鉻共滲和硼釩共滲處理，經(jīng)該發(fā)明提出的共滲處理后，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。適用于既要求高耐磨性又要承受較重載荷的鋼件的表面處理，如石油牙輪鉆頭滑動軸承的表面處理，也適用于刀具。模具和其他要求高耐磨性鋼件的表面處理，本發(fā)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(fā)明者蘇美瑢, 趙慶, 張玉峰, 齊樹敏 申請人:西南石油學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan