2005年第3期文章編號(hào):10030794(2005)03-006603高溫硎新工藝郭學(xué)兵,楊峰2,葛長(zhǎng)路(1.晉城煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電總廠,山西晉城048006;2.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)機(jī)電與材料工程學(xué)院,江蘇徐州221008)摘要:對(duì)鹽溶共晶化滲硼的基本原理和具體工藝進(jìn)行了探討。結(jié)果表明,采用鹽溶共晶化滲硼可在較短的時(shí)間內(nèi)在工件表面形成較厚的共晶組織滲層,滲層硬度適中,表面光潔。該工藝適合中小型工件的整體表面強(qiáng)化處理。組織關(guān)鍵詞:鹽浴;共晶化滲硼;共晶中圖號(hào):TG156文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1前言大的內(nèi)應(yīng)力,在淬火和使用過程中發(fā)生剝落。大家都知道,鋼經(jīng)滲硼后,表面具有高的硬度、針對(duì)上述原因,人們最早希望滲硼后獲得韌性高耐磨性,還有高的紅硬性、耐蝕性及高溫氧化性。稍好一點(diǎn)的Fe2B單相組織,但效果一般。近年來有因此,滲硼工藝應(yīng)用于生產(chǎn)后,對(duì)于提高工件的使用研究滲硼共晶化,硼基共滲復(fù)合處理,這一技術(shù)最壽命,節(jié)約價(jià)格較貴的合金鋼有明顯的效果。但傳早起步于日本與前蘇聯(lián),國(guó)內(nèi)的研究始于20世紀(jì)80統(tǒng)的滲硼工藝在鋼表面形成的滲層是以硬而脆的相年代初期,根據(jù)具體原理與工藝方法不同可分為組成的金屬間化合物。無論是雙相硼化物層(FeB步法和兩步法。但因其存在一些弊端,此2種工藝和Fe2B)之間,還是單相層(Fe2B)和基體之間,其晶仍然不能普及應(yīng)用。為了解決上述問題,對(duì)鹽浴共體結(jié)構(gòu)、比容和熱脹系數(shù)均不相同,使?jié)B硼層存在巨晶化滲硼新工藝進(jìn)行了初步研究和探討,以便為開∈∈∈∈ CCCC5CCCCEEC《c《cccG《《《《c∈《∈∈∈∈∈cc∈∈∈∈∈c∈∈∈∈∈E∈G∈∈∈∈∈仁c仁c∈∈∈∈c《∈∈《c∈eee(2)澆注方法7結(jié)語澆注采用鋼包底注。(1)在普通鑄造生產(chǎn)中,對(duì)大型鑄鋼件采用順序5鑄件完全退火凝固方式可有效地避免縮孔、縮松和冷隔等缺陷。退火工藝如圖3所示。(2)合理的完全退火可消除鑄件的鑄造應(yīng)力,細(xì)化晶粒,均勻組織,消除組織缺陷,均勻化學(xué)成分,提86088℃爐冷卻高鑄件尺寸穩(wěn)定性。650~700℃(3)合理布置拉肋可有效地防止鑄件收縮變形,熱保溫?zé)岜ＷC鑄件尺寸精度60ch22310-24-6參考文獻(xiàn)時(shí)間/[1]曹文龍鑄造工藝學(xué)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989圖3回轉(zhuǎn)臺(tái)退火工藝[2]李隆盛鑄造合金及熔煉[M]北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1989Fig. 3 Annealing technique of gyration platform[3]叢勉鑄造手冊(cè)(第2卷鑄鋼)M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,19946鑄件檢驗(yàn)[4]謝明師鑄造手冊(cè)(第4卷造型材料)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版回轉(zhuǎn)臺(tái)清理完畢后,對(duì)其進(jìn)行化學(xué)元素分析和社,1994[5]姜希尚,鑄造手冊(cè)(第5卷鑄造工藝)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出力學(xué)性能試驗(yàn),均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了使用要求,完全合格。并對(duì)關(guān)鍵部位和熱節(jié)部位進(jìn)行X光探傷,沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、縮孔和夾碴。我公司生產(chǎn)的作者簡(jiǎn)介:張汝春(1974-),山東荷澤人,助理工程師,1998年S00M型掘進(jìn)機(jī)已在幾家煤礦企業(yè)生產(chǎn)中使用,回畢業(yè)于原黑龍江礦業(yè)學(xué)院機(jī)械制造工藝與設(shè)備專業(yè),現(xiàn)從事工藝設(shè)轉(zhuǎn)臺(tái)至今沒有發(fā)生質(zhì)量問題,證明此鑄造工藝是成計(jì)工作Tel:8441991-2748功的。收稿日期:20041216Discuss Casting Technology of the gyration platform ofS200M Roadhl中國(guó)煤化工ZHANG RU-chun. ZHANCNMHG(Jiamusi Coal Mine Machine Limited Company, Jiamusi 134UUZ, ChinaAbstract: The gyration platform is the important part of S200M roadheader. Its size is large and structure is complex,his accessory support maximal force. Through strict casting technique design and production process control, we can effective prevent forging blank to produce casting crack, shrinkage cavity and slag inclusion, pledge cast product qualityKey words: roadheader; gyration platform; casting: technology crack; shrinkage cavity modulus2005年第3期高溫滲硼新工藝—郭學(xué)兵,等67拓滲硼新領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。(1)試驗(yàn)準(zhǔn)備2試驗(yàn)原理及方法①將所有試樣表面磨平;②高能球磨機(jī)將碳化2.1試驗(yàn)原理硼研磨成細(xì)粉末,再用稀釋的水玻璃將其配成濃液在本試驗(yàn)中,采用B4C作為滲硼劑,B4C與鐵直成膠水狀,將碳化硼液用毛筆涂敷在試樣表面,一般接反應(yīng),二者的反映方程式大概有以下幾種:要涂0.5mm厚,并將涂好的試樣放在溫度為400℃B.C+4Fe= 4FeB +C(1)的電熱干燥箱內(nèi)烘干3~4h;③選擇一段ψ4mmxB.C+8Fe= 4Fe,B+C(2)10mm×100m的鋼管,其一端用一塊厚10mm的B.C+7Fe= 4FeB+ Fe, C(3)鋼板焊上,制備成金屬坩堝。B4C+llFe= 4Fe,B+ FeC(4)(2)試驗(yàn)過程①將裝有足量BaCl2的坩堝放入1600℃快速但上述反應(yīng)為弱放熱反應(yīng),反應(yīng)放出的熱童不足以升溫箱式電爐內(nèi),設(shè)計(jì)好升溫程序,打開電源,升溫維持反應(yīng)進(jìn)行,只要提高反應(yīng)的溫度就可以促使反至160℃,將3組45號(hào)鋼分別放入坩堝內(nèi),在熔鹽應(yīng)進(jìn)行。如果BC和足量的Fe反應(yīng),則反應(yīng)方程式內(nèi)加熱5min、10min、15mn:20mn、30mn后取出以式(4)為主。空冷;在高溫鹽浴中,試樣表面通過固-固反應(yīng),首先②分別將3組20 CrMnTi、9siCr在熔鹽內(nèi)加熱5生成FeB和Fe3C,這時(shí)FeB和Fe2C便與y-Fe的min、10min15mn、20min、30mn后取出空冷;基體相混合,形成液相。隨著時(shí)間的推移,y-Fe基③再分別將3組T8、9SiCr在熔鹽內(nèi)加熱5min、體對(duì)于低碳鋼,在超過Fe2B和y-Fe的共晶溫度mn、15min、20min、30min后取出水冷;1149℃以上時(shí),試樣表面熔化,隨著時(shí)間的推移,Fe④將所有試樣制樣,在日本產(chǎn) OLYMPUS金相原子迅速向液相區(qū)鄰近的F2B、FeC和y-Fe擴(kuò)顯微鏡下觀察其組織形貌測(cè)量其滲層厚度,研究不展,實(shí)質(zhì)是固態(tài)的Fe2B、Fe3C和y-Fe逐漸向液相同的滲硼時(shí)間對(duì)同一種鋼種滲層厚度和組織的影響,以及不同的鋼種在相同的滲硼時(shí)間內(nèi)的滲硼厚熔入的過程。如果是在中碳鋼或高碳鋼的滲硼過程度和組織,來研究碳含量和合金元素對(duì)滲硼的影響。中,由于Fe2C具有較大的溶硼能力,其中碳原子可并用顯微硬度計(jì)測(cè)量滲層的硬度分布。被硼原子置換而形成一定數(shù)量的Fe3(CB)相,它能3試驗(yàn)結(jié)果與分析與γ-Fe在1100℃以上首先反應(yīng)形成一部分液相,(1)時(shí)間對(duì)共晶化滲硼層厚度的影響當(dāng)溫度進(jìn)一步升高時(shí),便只是固態(tài)的Fe2B、Y-Fe熔把45號(hào)鋼試樣加熱到1160℃,分別保溫不同入而使液相不斷增加,并促使方程式(4)反應(yīng)加速進(jìn)時(shí)間(5、10、15、20、30min)后空冷至室溫得到了共晶行。由于物質(zhì)在液相中擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的速度遠(yuǎn)大于在固化滲層的平均厚度,從中可以看出隨著保溫時(shí)間的相中的速度,因此,在獲得相同厚度滲硼層的條件延長(zhǎng),滲層厚度顯著增加(0、133m、532pm、798下,共晶化滲硼的時(shí)間大大縮短。滲硼層厚度及組pm、試樣表面不平整)。這是由于液相區(qū)不斷向鄰織結(jié)構(gòu)主要由時(shí)間控制,當(dāng)液相中含硼量高,冷卻后近的Fe2B和y-Fe擴(kuò)展的結(jié)果。但是滲硼時(shí)間不就會(huì)出現(xiàn)過共晶組織,滲硼厚度相對(duì)就薄一些。隨宜太長(zhǎng),因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng)的話液相區(qū)太寬容易流淌著時(shí)間的延長(zhǎng)液相中含硼量減少滲硼組織就可能造成試樣表面不平整(30min時(shí)),時(shí)間太短的話,滲出現(xiàn)共晶或亞共晶組織。層厚度又不夠。試驗(yàn)結(jié)果表明,15~20min較合適。2.2試驗(yàn)條件及方法(2)鋼種對(duì)共晶化滲硼層厚度的影響(1)試驗(yàn)材料對(duì)不同的鋼種(20 CrMnti、45、T8)在熔鹽中加熱試樣:20 CrMnTi、45鋼、T8;尺寸:中10m×820min后冷至室溫,得到了共晶化滲層的平均厚度mm:931pm,798pm,695μm),從中可以看出,隨著含碳滲硼劑:工業(yè)純BC;保護(hù)劑:白剛玉粉(α-量的增加,滲層厚度減薄。這是由于如果反應(yīng)過程A1,0,);中有足夠的Fe原子參與反應(yīng),反應(yīng)方程式應(yīng)以式鹽浴介質(zhì):100%BaCl2;粘結(jié)劑:水玻璃。(4)V凵中國(guó)煤化工C量高的基體中,FeC(2)試驗(yàn)設(shè)備CNMHG行,因此含碳量越高1600℃快速升溫箱式電爐、自制鋼坩堝、電熱反應(yīng)速度越慢,滲層也就越溥。關(guān)于合金含量對(duì)滲干燥箱、托盤天平、日本產(chǎn) OLYMPUS金相顯微鏡、層厚度有多大的影響,有待進(jìn)一步研究。顯微硬度計(jì)圖1是20 CrMnti加熱20min后水冷的金相組2.3試驗(yàn)過程織照片,其中白亮層是共晶滲層,黑色層是板條馬氏68·高溫滲硼新工藝——郭學(xué)兵,等2005年第3期體,滲層與基體之間有一條很明顯的結(jié)合線。多的Fe2B相,次層則是共晶組織,則這樣的滲硼層不僅有較高的硬度,而且韌性也較好。另外,20CrMnT試樣是水冷處理的,試樣表面未發(fā)現(xiàn)剝落現(xiàn)象,而普通的固體滲硼由于滲硼層脆性較大,一般不作水冷處理,這說明共晶化滲硼的方法,如果要求基體硬度較高的話,可以進(jìn)行水冷處理得到馬氏體型組織,如果要求韌性較好的話,可以進(jìn)行空冷處理得到珠光體組織。圖120 CrMnTi滲層(x100)由45鋼滲層組織的放大照片(45鋼滲層組織Fig 1 20CrMnTi penetrating layer( x 100×500)可見,滲層組織也是由許多黑白相間的條紋圖2是45鋼加熱20min后空冷的金相組織照狀領(lǐng)域組成,各領(lǐng)域的生長(zhǎng)有一定的方向性,彼此之片,其中白亮層是共晶滲層,黑色層是珠光體+鐵素間近乎平行,垂直于基體,呈噴泉狀,不同領(lǐng)域交界體。圖2中滲層厚度不均勻,是由于局部溫度不同處組織較粗大造成的,滲層厚的地方溫度稍高一些,表面液化的速由T8鋼滲層組織的放大照片(T8鋼滲層組織度稍快一些?！?00可見,其組織呈菊花狀,菊花內(nèi)組織以一點(diǎn)為核心,呈放射狀向外生長(zhǎng),菊花交界處組織較粗大。與文獻(xiàn)[2]、[3]的結(jié)果一樣。4結(jié)語(1)共晶化鹽浴處理試樣,可以在較短的時(shí)間內(nèi),在工件表面生成一層厚200~900μm的共晶滲層,共晶滲層的厚度主要由保溫時(shí)間控制,隨著時(shí)間的增加,滲層厚度顯著增加,但時(shí)間不宜過長(zhǎng),以避圖245鋼滲層(x100)免試樣表面不平整。Fig 2 45 penetrating layer( x 100)(2)共晶化滲硼后,根據(jù)需要,可以對(duì)試樣進(jìn)行(3)影響滲硼厚度的主要原因水冷或空冷處理,低碳鋼的共晶組織呈近似平行的由上述可知,當(dāng)含碳量由0.2%增加到0.8%條紋狀,中碳鋼的共晶組織呈條紋狀與菊花狀的混時(shí),滲層厚度減小了大概100m,而滲硼時(shí)間由5合,且與基體垂直整體呈噴泉狀,高碳鋼的共晶組min到20min,滲硼厚度由0增加到798μm,由此可織呈菊花狀。見,滲硼厚度主要由時(shí)間決定。(3)共晶化滲硼雖然溫度高于常規(guī)200℃左右(4)共晶化滲硼層組織形貌分析但其時(shí)間大大減少,具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn),且不需要專門由20cMni滲層組織的放大照片(20 CrMnti滲設(shè)備,工藝也較簡(jiǎn)單。層×500)可以看出,共晶層由近似平行的黑白相間參考文獻(xiàn):的條紋組成,不同領(lǐng)域相交界處組織較粗大。在滲1馬鶴慶滲哪共晶化組織的研究[]金屬熱處理學(xué)報(bào),182層表面有一定數(shù)量的邊界平直的白色四方塊相,而2]陳行康滲疆共晶化復(fù)合處理[]金屬熱處理,98,(12):3-9滲層與基體交界處未發(fā)現(xiàn)這樣的組織,該相顯微硬3]邵會(huì)孟滲硼組織共晶化[金屬熱處理學(xué)報(bào),1982,3(1):62-度檢測(cè)結(jié)果為1300HV0.1左右,條紋狀共晶處為10HV0.1左右,由此可判定該相為未熔的Fe2B。因[4]葉榮昌.自蔓延高溫滲硼共晶化的研究[J].熱加工工藝,20(1):21-24.為Fe2B硬度較高,而條紋狀共晶組織中的γ-Fe軟相與基體具有相同的組織結(jié)構(gòu),與基體結(jié)合牢固,從作者簡(jiǎn)介:郭學(xué)兵(1972-),山西陽城人,工程師,1996年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)礦山機(jī)械工程系,現(xiàn)在晉城煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電總廠工作而可提高滲層的韌性,減小脆性。如果合理控制滲T:0356-360215-mi: kgrb163,cm硼的溫度和保溫時(shí)間,使得到的滲硼層外面含有較收稿日期:20041210Study on Eutectic Melting Boriding in Salt BathGUO Xue-bing, YANG Feng,GE Chang-lu(1. The Machinery and Electricity Complex Factory of Jincheng Coal Industry Group, Jincheng 048006, China2. School of Mechatronic Materials Engineering, China University221008 ChinaAbstract: The basic principle and specific process of eutectic mel中國(guó)煤化工 investigated initially inthis paper. The experimental results show that a thicker penetratiface of workpieces in shorter time through eutectic melting boridingcAMH Gn be formed on the sur-suitable the thickness can be controlled and the smoothness of the surface of workpieces is high. The above technologycan be used as surface strengthening process of middle and small size workpiecesKey words: salt bath; eutectic melting boriding: eutectic structure