稀土添加劑對感應加熱滲硼的影響

第18卷第2期集美大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)Vol.18 No.2 .2013年3月Jourmnal of Jimei University( Natural Science )Mar. 2013[文章編號] 1007 -7405(2013)02 -0128 -06稀土添加劑對感應加熱滲硼的影響朱飛勇，陳祝平，楊光(集美大學(xué)機械工程學(xué)院，福建廈門(mén)3621021)[摘要]使用超音頻加熱電源進(jìn)行感應加熱滲硼，研究稀土在感應加熱滲硼中的作用.結果表明:在功率P=3900 w,感應加熱時(shí)間i=8 min,感應間腺a= 19.5 mm時(shí)，滲硼層為共晶滲硼結構.硬度測試為軟硬相配組織，滲層厚度423.4 μm;在硼稀土二元共滲試驗中，發(fā)現添加氯化鑭時(shí)，其滲硼層厚度增加10%以上,并且滲硼層的組織更密,硬度下降趨于緩慢.[關(guān)鍵詞]感應加熱;滲硼;硼稀土共滲;催滲[中圖分類(lèi)號] TG156.8+7[文獻標志碼] AThe Gap and Boron-RE Permeation Induction Heating BoronizingZHU Fei-yong, CHEN Zhu-ping，YANG Guang(School of Mechanical Engineering, Jimei University, Xiamen 361021, China)Abstract: With super audio heating power for inductin heating boronizing, the role of rear earth in in-duction heating boronizing was studied. The results show that the boronizing layer was of eutectic boronizingstructure when the power P was 3900 w, induction heating time t was 8 min, and induction rape a was19. 5 mm. By hardness testing, the organization was matching with software and hardware, and the boronz-ing layer thickness was 423.4 μm; From the boron rare eath binary permeation test, it was found that afteradding lanthanum chloride into the paste, the boronizing thickness would increase by more than 10%，andthe tssue of boronizing layer would be more dense, and the hardness would decreased slowly.Key words: induction heating; boronizing; boron rare earth permeation; accelerated boronizing0引言滲硼方式分為氣體滲硼、固體滲硼、熔融鹽浴滲硼、電解滲硼及電化學(xué)滲硼等1-21. Fe-B 的共晶溫度較低(約1161C), 滲硼溫度-般為 850~ 1050國。硼化物具很高的硬度和化學(xué)穩定性，金屬和合金滲硼能提高表面硬度、耐磨性和耐蝕性，特別是提高金屬和合金鋼的耐磨能力單- -滲硼的滲硼層存在著(zhù)脆性大、滲層薄、組織結構不致密、硬度下降快等缺點(diǎn)!4].降低滲硼脆性有效方法是共晶滲硼，并得到軟硬相配的組織,取代通過(guò)普通滲硼得到的由硬相組織的連續硼化物層，但若在爐中進(jìn)行，則加熱時(shí)間長(cháng)，基體組織也因加熱溫度高而粗化，因此采用高頻感應加熱[51.程樹(shù)紅等通過(guò)高頻感應加熱滲硼指出,當鋼鐵試樣加熱到1100 C,保溫20s，即可得到100 μm左右的共晶型滲硼層[6].采用多元滲硼，即滲硼劑中加入適量的稀土元素，進(jìn)行硼稀土二元共滲，在- -定工藝條件[收稿日期] 2012 -12 -06[修回日期] 2012-03 -05[作者簡(jiǎn)介]朱飛勇(1985-)， 男，碩士生，從事材料表面化學(xué)熱中國煤化工(1971-),女,教授,從事材料處理與結構強度分析研究. E-mail: dyn:MYHCNMH G.第2期朱飛勇，等:稀土添加劑對感應加熱滲硼的影響●129●下，稀土元素能夠與硼同時(shí)滲人鋼的表面，可以加快滲硼速度、厚度和改善硬度分布[7].鐘華仁[7]指出，在滲硼中添加適量的稀土物質(zhì),在一-定的工藝條件下，稀土元素能夠同時(shí)滲入鋼的表面,并且具有催滲效果，能夠增加滲硼層厚度和改善滲硼層的硬度分布王洪海等[8]指出在膏劑中加人稀土可以提高滲硼層的質(zhì)量.劉建建等(4)指出，適量地添加氧化鈰，可以顯著(zhù)改善滲硼層組織,并能使滲層厚度增加10%以上.除加入稀土外,加入氧化鉻同樣可以改善滲硼層質(zhì)量[9].本文通過(guò)改變感應間隙，探究如何通過(guò)感應加熱滲硼得到共晶滲硼層，并在硼膏劑中添加氧化鑭等4種稀土，進(jìn)行硼稀土共滲,研究稀土對滲硼層的催滲效果以及對滲硼層質(zhì)量的改善.1試驗材料及方法1.1 試驗材料試驗材料為Q345合金結構鋼，鋼材各元素的質(zhì)量分數為: C, 0.16%; Si, 0.41%; Mn,1.41%; P, 0.016%; S, 0. 0096%.試樣尺寸分別為中14 mm x25 mm、φ18 mm x25 mm和φ22 mm x25 mm.采用GSB -1型膏劑滲硼劑，其主要成分為碳化硼、三氧化二硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅和糊精粉.稀土添加劑包括氧化鈰、氧化鑭、氯化鑭和氯化亞鈰.1.2試驗方法.在有效感應加熱時(shí)間t=8 min,加熱功率P =3900 W的前提下，通過(guò)3種不同的間隙來(lái)得到共晶滲硼層，這三種間隙分別為a; =23.5 mm、ar =21.5 mm和a, =19. 5 mm.硼稀土二元共滲試驗設計如表1所示.對4種不同的稀土，各采用3種質(zhì)量分數對稀土添加劑的作用進(jìn)行研究.表1硼稀土共滲試驗設計Tab.1 Boron-RE permeation test design稀土種類(lèi)氧化鈰氧化鑭氯化鑭氯化亞鈰The types of RECerium oxideLanthanumLanthanum chlorideCerous chloride稀土質(zhì)量分數/%2Re content31.2.1感應加熱滲硼處理試驗前對試樣進(jìn)行精車(chē)，去除試樣上的油污，擦干樣品，在拋磨機上將試樣的圓周進(jìn)行磨光.膏劑配置:原膏劑以及在原膏劑的基礎上分別添加1%、2%和3%的氯化亞鈰、氧化鑭、氧化鈰和氯化鑭共配置成13種膏劑.把配好的膏劑均勻的涂覆在試樣表面,硼膏劑厚度統-為4 mm,在室溫條件下放置8~10h，然后在溫度為100 C的SQ2 -3-12坩堝電阻爐里面干燥1 h.使用頻率為14~30kHz,額定功率為20kW的MGPS-0-30半導體變流裝置進(jìn)行感應滲硼.感應圈內徑為61 mm,管壁厚度為1.5 mm,管徑為6.1 mm.預熱2 min,第1 min加熱功率P=2363.5 W,第2 min加熱功率P=3380 W.后面8 min為有效感應加熱時(shí)間，加熱功率P=3900 w.1.2.2試樣制作1)金相試樣制作過(guò)程:去掉殘余膏劑層-→清洗試樣-→截取試樣塊→鑲嵌- +磨光和拋光- →腐蝕.2)金相試樣顯微硬度測量:使用HV - 1000顯微硬度機測量顯微硬度.測量時(shí),載荷為25 g,加載時(shí)間為15s,采用由表面向內部打硬度值的方式測量，根據中國煤化工為間隔 和數量.MYHCNMHG集美大學(xué)學(xué)報( 自然科學(xué)版)第18卷表2硼稀土共滲的滲硼層厚度Fig.2 the boride of the boron-RE common-permeate cerous chloride氧化鑭氯化鑭氯化亞鈰氧化鈰稀土種類(lèi)無(wú)Lanthanum oxideLanthanum chlorideCerous chorideCerium oxideThe types of RE厚度/μm18.522.9 29.0 28.4 22.2 23.5 24.4 30.1 28.1 23.8 28.1 24.5 20.42.2滲硼層硬度分析對探索共晶滲硼層的三個(gè)試樣進(jìn)行顯微硬1600度測試，并把測試的數據通過(guò)計算機繪成硬度1400+甘間隙Cap 23.5 mm走勢圖(見(jiàn)圖4).在圖4中， “△”所在的硬主12001-0-間隙Gap 21.5 mm度曲線(xiàn)圖的硬度值呈波浪線(xiàn)趨勢由表層向內層-0-間隙Gap 19.5 mm1000 -遞變，并且峰谷之間的差距逐漸變小.而800“△”的硬度曲線(xiàn)是感應加熱間隙a=19.5mm的硬度值、因此通過(guò)硬度測試，可以驗證共晶與6001滲硼層的軟硬相配硬度分布、而感應間隙a=老40021.5mm對應的曲線(xiàn)圖在開(kāi)始時(shí)3個(gè)硬度值在200-600 HV以上，后面的硬度值均勻，基體硬度差不多，主要原因是滲硼與基體交界部分的硼化-50 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500距離Distance/um物較少導致的.對于感應加熱間隙a =23.5 mm圖4間隙感應加熱滲砌層的硬度分布試樣的硬度測試值來(lái)看，試樣為形成共晶滲硼Fig.4 Microhardness of the boride of層,同時(shí)也驗證硬度先高后低的分布狀況.the gap induction heating boriding使用HV-1000對硼稀土二元共滲試樣進(jìn)行硬度測試，繪成硬度分布圖(見(jiàn)圖5).從圖一0%稀土RE5中可以看出，硬度值下降最快的是添加氧化鈰- o- 3%氧化鑭稀土的硬度曲線(xiàn)，其次是沒(méi)有添加稀土硬度曲00o 1%氧化鈰線(xiàn)，添加氯化鑭和氯化亞鈰的滲硼層硬度下降1200 t2%氯化亞鈰1000 t最緩慢.還可看到，添加氧化鑭、氯化鑭以及Cerous chloride氯化亞鈰的試樣滲硼層的硬度出現了先增加后41%氯化鑭減小的現象、這種硬度分布說(shuō)明在滲硼層的中600間部分，滲層致密度較好，在滲層外部以及與怒400基體接觸的地方，滲硼較為稀疏，并且這3種00 t試樣的高硬度帶分布最大，硬度下降比較緩慢. .因此通過(guò)對試樣的硬度測試證實(shí)，添加氧化鑭、10234050氯化鑭以及氯化亞鈰稀土的滲硼層致密度較好,圖5硼稀土共滲滲硼層 的顯微硬度分布圖滲硼質(zhì)量有了明顯提升，并且硬度下降趨于緩Fig.5 Microhardness of the boride of慢.而氧化鈰對試驗的滲硼層沒(méi)有什么改善效the boron-RE common-permeate果3結論1)當感應加熱功率P=3900 w,時(shí)間t=8 min,感應間隙a = 19.5 mm時(shí)出現滲硼共晶組織，并且滲硼層厚度為423.4μm.其共晶滲硼層組織結構呈圓狀的組織結構。并日8出郵軟砸相配組織，硬中國煤化工度較高部分主要是硼化物，硬度較低部分主要是珠光體組織.TYHCNMH G第2期朱飛勇，等:稀土添加劑對感應加熱滲硼的影響●133●2)硼稀土二元共滲試驗中可以知道，氧化鑭、氯化鑭以及氯化亞鈰在感應加熱滲硼中具有催滲效果，滲硼層致密度較好，能使滲硼層質(zhì)量得到提升，并且硬度下降趨于緩慢滲硼層，而氧化鈰稀土在感應加熱滲硼的催滲效果不明顯.3)通過(guò)綜合比較滲硼層組織結構、滲硼層厚度以及硬度分布，得出添加氯化鑭稀土對滲硼層的催滲效果最佳.[參考文獻][1] BEKTES M, CALIK A, UCAR N, et al. 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