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【doc】稀土元素在粉末渗硼中的作用.doc

【doc】稀土元素在粉末渗硼中的作用

金竣修
2017-11-16 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《【doc】稀土元素在粉末渗硼中的作用doc》,可适用于综合领域

【doc】稀土元素在粉末渗硼中的作用稀土元素在粉末渗硼中的作用安t工学酶()llJAnhuiInstTechno稀土元素在粉末渗硼中的作用宫晨荆李明扬(料工程系)瘸要本文系统地究研了稀土元素对粉末渗硼的催渗作用吼厦工艺拳教,渗剂成份诸因素对稀土催渗作甩的影响,扶而探索出稀土元素在渗硼过程申的一些规律与一般渗硼相比,加八适量的稀土可使渗硼层蛆致和疏松明显改善,渗屠硬度以厦耐蚀性和抗氧性均有所提高关键词稀土元素,粉末渗硼近年来国内有关稀土元素在化学热处理中的作用有诸多报导】,它不仅大辐度提高渗速,而且还能使渗层组织和某些性能得到明显改善,因此具有很大的发展潜力然而在对粉末渗硼的影响方面却研究很少,现在只停留在初步研究阶段,仍有许多问题说法不一尚须讨论现有资料表明,z,在渗硼剂中加入适量稀土除可提高渗硼速度,改善组织外,其最大特点就是使渗硼层脆性显着降低,这为渗硼工艺的进一步推广应用开拓了广嗣的前景本文系统地研究了稀土元素对粉末渗硼的健渗作用以及影响稀土催渗的因素,以使稀土渗硼工艺更加完善并且讨论了稀土对渗硼层组织和性能的影响l试验方法试验采用c钢和钢两种材料,试样磨至R试验选用的渗荆分别加稀土和东抑稀土两种,渗剂成份如表l所示I渗硼温度为,~C和'保温时间为l,,,,ht到温装炉,出炉空冷用金相法测定渗层深度,用称重法测定耐蚀性和抗氧化性,并测定显微硬度收文日,期IOO裹t渗和编号渗剂成份()ABCOKBF术炭余(RESiC)BBCKBF余(RESiC)CBCKBF'余(RESiC)DBcKBF余(RESic)安童工学院年月试验结果稀对渗翻层深度的影响如图l所示,加稀土的等温动力学曲线虽然同末加稀土的一祥,亦为抛物线型,但渗卿速度却明显增加,其增加程度与试样的材料,渗剂成份,渗硼工艺参数,特别是稀土加入量等因素有直接关系,若条l,牛不同,所得结果将会产生一定差异在本试验条件下,对铜和C钢渗速最大可提高和O温度对稀疆渗的影响渗硼温度对稀土催渗作用有显着影响为比较不同温度下的催渗效果,引入相对隍渗增量,试验结果如图所示由图可见,在每一温度下稀土加入量都有个最佳值,并且此最洼值随温度变化而变化,即温度愈峨,稀土最佳值向着稀土量增加的方向移动,而曲线峰值越高,这说明渗硼温度愈低,所需加入的稀土量愈多,稀土的催渗作用愈强由此可见,稀土催渗的特点之一就是可以显着降低渗硼温度,g::氆保温时间,hx一Cr铜,一铜,一加RE一禾加RE,渗硼温度图l稀对渗硼深度的影响进行低温渗硼这样,对绝大部分碳钢和合金钢来讲,便可实现渗后直接淬火由图还可以看出,若过多的加入稀土,会使催渗作用迅速下降,甚至还不及未加稀土时的渗硼速度事实上不仅如此,稀士过多对渗层组织和性能也有不利影响,容下文述及:,mE蕾t(a)(a)一锕,h(b)一cr钢,,'蒜土含量,(b)hIO,,O啊沮度及稀土含量对稀土催渗自晔嗖第卷第期'稀土元素在粉末潦碣中的作用'渗剂成分对鞴土催渗的影嗣为了研究不同的渗剂成分对稀土催渗的影响,本试验采用了四种渗剂配方如表所示,试验结果如图所示下面分月加以讨论al木炭和活性炭曲线A为加O木炭的渗剂,其中供硼剂和活化剂的含量与曲线B相同由此二条曲线可知,渗剂中加入木炭后虽然的对稀土催渗作用无太大影响,但却使稀土最佳值被大大推向右方,而所加稀土量超过最佳值后,催漆效果却急剧恶化蜜癌蔓岔霉(a)(a)一钢,渗硼工艺×hA,B,们鲤艘翠O一,一'稀上舍量一(b)(b)一OCr钢IC,D为渗剂蝙号见表图渗翔对稀土倦渗的脬晌:KBFl曲线B和C分别为加KBF和KBF,其余成份相同KBF不仅是活化剂,它也是较弱的供硼剂因此随着其含量的增加稀土最佳值有向稀土量减少方向移动的趋势另外,KBF量趣过O的话,渗剂结块严重,影响稀土催渗作用的正常发挥,所以它的加入量以不超过O为宜BC:曲线C和D分别为BC和BC,而其余成份相同BC是非常强烈而有效的供硼剂由厨可见,随着渗剂的渗硼能力舸提高,稀土最佳值向稀土量减少方向移动,但最佳稀土范周却变的较窄,工艺上很难控制,因此Bc的加入量以,为宣稀主对曩组鲲的影响文献"已经证实,稀土元素确实能少量地渗入钢中,其渗入深度可达mm以上这些渗入钢表层的稀土原子将会对渗硼组织产生很大的影响一从本试验结果得知,当所加稀土处在最佳范围内时,它使得银和er钢的F针齿变得直长致密并且均匀但是当稀土过量时,它不仅使渗层变薄,针齿松散,而且有由E形组织向形组织转变的倾向,图是稀土加人量对C钢渗层组织的影响为了考察稀土对表层琉松的影响,我们采用文献如介绍的方法,即将试掸抛光后安t工学院年月直接在显微镜下观察评级,具体结果见表由表可见,加入适量稀土列疏于l}有所改善,但稀主过量剐会导致疏松愈加严廷裹A一禾加REB一扣REC~RE~Ch渗硼,硝醢酒精,×囝稀土对C,钢渗层组织的影响稀土对渗屠琉梧的影响殳打UllllIjll}B渗剂llll{I钢D渗剂llIlll{Crc渗剂钢D渗剂llllI{I稀土对渗硼屡显截硬度的影响由图可以看出,加入适量稀土可使渗层硬度相对于单纯渗硼的有所提高,但是过多的稀土却反而会降低硬度,而无论加入多少稀土,总能使硬度梯度变得平缓图是稀土对渗层表面处硬度的影响可见,加入左右的稀土时显微硬度最高,我们试验了钢和Cr钢以及几种渗剂都得到同样的结果这与渗硼层和过渡区固溶微量稀土原子以及加八适量稀土可以显着改善渗层组织和疏橙有关稀土对抗氯化性的影响ll薯髓崩譬盘lOIOoO漆暖深度,"也RE,,来加RE,一加ORE,圉sCr钢硬度梯度曲线第善第期稀土元素在粉末渗翻中的作用经渗硼处理的试样,其抗氧化性能之所咀高于未经处理的,是因为在高温下硼化物和氧反应在表面形成熔融状硼酐所致如果在渗剂中适量加入稀土,因为它可以改善渗层组织和疏松,即提高渗屠的致密度,使形囊的熔融硼酐更扣均匀覆盖于试样表面,从而提高了材料的抗氧化性能,如图所示另外,在斌验中发现,加稀土昀试样在高温下形成的氧化膜和基体的结合强度较大,经淬火也很难将其爆掉,这也是抗氧化性能提高的原因之一:墨",口lCr锕,钢圉稀土对钢的丑徽硬度影响一未处理J一渗硼,一硼稀土共渗冒Cr钢于OO加热时的失重稀土对耐蚀性的影响稀土对渗硼层的耐蚀性会产生较大的影响从图和图可以看出,与未加稀土渗正孽芎,,{管面鍪羞髫一一未处理,一加ORE,一未扣稀土渗硼,一加RE固r钢予iOHzSO溶j童中的耐蚀性,目一未处理,一加ORE,未加稀土渗硼一加RE圉r钢子OHcI溶j童中的耐蚀性虫碱工学院年月硼相比,加入适量的稀土使得渗层的耐硫酸腐蚀性和耐盐酸腐蚀性均有所提高,特别是耐硫酸腐蚀性提高显着但是加入过多的稀土会使耐腐蚀性恶化,其腐蚀速度也将随时间增加愈来愈怏综上所述,在渗硼剂中加入适量的稀土将会使渗硼层的组织得到明显的改善,如果稀土加入量太少,其作用没有充分发挥'如果稀土加入量过多,则使渗层组织和性能变坏,因此稀土加入量要严加控制,这样才能收到较好的效果讨论稀土元素具有较强的催渗效果是因为它加速了溶剂的分解,吸附及扩散过程在以BC为供硼剂,以KBF为活化剂的渗硼剂在渗硼过程中将产生大量的B:a,而稀土原子又和氧具有极强的化学亲台力,因此发生:BORE~REOB)从而加速渗剂的分解若渗剂中含有木炭或活性嵌,要想获得一定的催渗效果则必须大大增加稀土的加入量,见图,说明所加稀土大部分被消耗掉这可能是由于木炭在高温下的不完全燃烧而形成的CO以及COz和稀土发生的氧化还原反应的结果,即COREREOCO从而使大量的稀土转变为RaOs而失去崔渗作用稀土对硼原子吸附过程影响尚待进一步研究一般认为稀土具有很高的『艺学活性比较容易吸附于工件表面I当然表面上的微观缺陷,如晶界,位错等对吸附也有一定的促进作用可以看出,稀土原子吸附的是稀土健渗的重要环节下面我们只就表面活性稀土原子的作用谈谈粗浅韵看法o一使表面净化由于稀土是强还原剂,它可将表面氧化膜中的铣原子还原出来,本身形成稀土氧化物而使表面净{{:和活化,有利于硼源子的吸附j挺表面活化在渗硼初期表面上的稀土原子很快就会达到一定的浓度,并产生极大的化学驱动力促使其向内部扩散随着稀土原子的不断渗入使得表层和次表层的空位浓度急尉增加,并可达到接近熔点时的空位浓度又由于空位之间及空位与位错等晶体缺冶之间的交互作使,结果又使位错密度也不断增大,而事实上空位及位错的增加过程是在渗硼初期从工件的最表层开始发生的因此在渗硼开始以后最表层始终是处在晶体缺陷密度较高的高能量状态,这就是稀土表面活化的主要原因另外,从能量角来看也是有利于硼化物的形核和生长,从而使渗硼层更加均匀和致密对表面的屏蔽作用在表面上吸附的稀土原子一方面为其向内部扩散提供了驱动力,有利于渗硼的动力学过程I另一方面又对活性硼原子向表面吸附起屏蔽作用,并且这种屏蔽效应随吸附的稀土原子浓度增加而加强,正是这两个方面的原因,所以稀土加入量出现最佳值既然屏蔽作用是相对硼躁了而言的,因此与介质中活性硼原子有关当该浓度较低时,屏蔽作用较弱,反之亦然这就是为什么提高渗硼温度或增加供硼剂含量使稀土最佳值减小的原因,如图和图所示第卷第霸稀土元素在粉末渗硼中的作用''结论稀土元素对扮未渗硼有明显健渗作用,其髓渗效果及最佳范围与材料,渗硼剂成份和渗硼工艺参数有关加入适量稀土可使渗硼组织和疏橙明显改善加入适量稀土可明显提高渗硼层硬度,并且在lRE左右对最高,与来加稀士渗硼相比,耐硫酸,盐酸腐蚀性以及抗氧化性均有所提高加入过量的稀土不仅使渗硼的速度降低,而且使渗硼层组织,疏松和性能显着恶化致谢参加本试验工作的有:朱金柱,周勇,姜勇,杜来托参考文稼王世清等稀士元素在化学热处理中的应用金属热处理,徐彰德稀元素对固体渗硼催渗作用的研究金属热处理eJ刘长禄硼稀土粉末共渗及渗层的性能金属热处理,张廷华稀土元素对粉末渗硼渗层深度的影响佳木斯工学院j吕振家等渗入钢中稀土的表面效应沈阳工业大学王超渗硼层疏松的影响因素及产生机制金属热处理jTHEAPPLICATIoNOFRAREEARTHELEMENTS(RE)INPrWDERBRoNIZINGGongChenliLiMingyang(MaterialEngineeringDepartment)ABSTRACTThispaperdealswiththeenergigingeffectofrareearthelements(RE)onpowderboronizingandinfluenceoftheboronzingtechnique,boron~zingagentontheenerglzingeffectofRE,andsomeregularityofREintheprocessofboronizingisfoundoutAnamountofREimprovesremarkablystructureandporosityofboronizinglayerThehardness,anticorrosionnatureandoxidationresistanceoftheREboronizinglayerareallincreasedascomparedwiththatwithoutaddingREKEYWORDSrareearthelements|powderboronizin$

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