滲硼工藝的應用

工藝滲硼工藝的應用楊志兵彭志耀中南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院湖南長(cháng)沙410083)摘要綜述了近十年國內滲硼工藝的應用狀況。大量研究表明在這方面已取得了顯著(zhù)成果并收到很好的經(jīng)濟效益。如能解決滲硼溫度髙和滲硼層脆性的問(wèn)題能使滲硼工藝更加廣泛地應用。關(guān)鍵詞滲硼應用菠用壽命中圖分類(lèi)號IG156.8文獻標識碼文章編號254-6051K2003)1-0063-04pplication of boronizing ProcessYANG Zhi-bing PEng Zhi-huiSchool of Materials Science and Engineering Certral South University C hangsha Hu nan 410083 ChinaAbstract The application of boronizing process in the latest ten years at home was reviewed. The researches indicate that some notable achievements and considerable economic benefits in this aspect were gained. The applicationof boronizing process would be widely extended when the shortcoming of boronizing such as too high boronizingtemperature and brittleness of boronized layer was solveKey words : boronizing 'application ,service life滲硼層具有髙的硬度、耐磨性、熱硬性及抗腐蝕劣。其側面既要受到硬顆粒的強烈刮削,又受到硬性和抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)是一項有發(fā)展前途的化學(xué)顆粒的壓入且要承受反復的沖擊。經(jīng)表面滲碳強熱處理工藝。滲硼的方法主要有固體滲硼、液體滲化制成的20鋼模具壽命僅為5600塊/副而用45鋼硼、氣體滲硼和離子滲硼等。然而常規滲硼存在兩經(jīng)l000℃×$h滲硼淬火、回火制成旳模具壽命均個(gè)缺點(diǎn):①滲硼溫度高、時(shí)間長(cháng),工件熱處理后崎變穩定在17000塊以上最高壽命達到19000塊壽命較大心滲硼層脆性大與基體結合不牢溶易剝落,提高2~3倍Ⅵ;沖壓電機轉子硅鋼片的凸模,若用從而明顯地阻礙了滲硼工藝的進(jìn)一步發(fā)展和應用。T10A鋼淬火加回火,壽命只有(1-2)萬(wàn)件,而進(jìn)一步的研究表明,硼的多元共滲可以部分地克服Cr12MV鋼淬火加回火壽命為(1~5萬(wàn)件,I8A鋼上述缺點(diǎn)共滲元素可選擇電負性較鐵小旳過(guò)渡族模具經(jīng)滲硼后淬火加回火壽命為(10~12)萬(wàn)件,壽元素和稀土元素。滲硼工件由工模具擴大到機器零命顯著(zhù)提高23用圖1的工藝對Cr12鋼制硅鋼片件由普通工件擴大到精密工件,在機械、冶金、石沖模滲硼后比同型號未經(jīng)滲硼的模具壽命提高4倍油、化工、輕工、煤礦、農業(yè)等行業(yè)都得到應用。實(shí)踐多且節約了原材料及加工工時(shí)經(jīng)濟效益明顯滲證明滲硼在各行各業(yè)的應用能顯著(zhù)降低成本提高硼工藝有望代替硬質(zhì)合金4。經(jīng)濟效益。本文根據收集到的資料對國內滲硼工藝的應用狀況進(jìn)行了介紹1滲硼工藝的應用目前國內滲硼工藝主要應用在工作條件惡劣的至200℃以下開(kāi)冪工模具和易磨損的零件上其目的是為了提高零部件的耐磨性和使用壽命降低生產(chǎn)成本提高經(jīng)濟效益。目前主要通過(guò)兩個(gè)途徑來(lái)達到這個(gè)目的:①使圖1(r12鋼沖模滲硼工藝Fig 1 Boronizing process for Cr12 steel die用原來(lái)的材料通過(guò)滲硼來(lái)延長(cháng)其使用壽命;用廉熱鍛模的使用條件較差在高溫下不僅受多次價(jià)的材料通過(guò)滲硼來(lái)替代昂貴材料。沖擊且受交變應力的作用壽命很短。按圖2a的常國內模具使用壽命太短提高模具壽命是急待規工山中國煤化工模與按圖2b經(jīng)滲硼解決的問(wèn)題。例如壓制耐火磚模具的工作條件惡工藝CNMH殳模比較在3t錘上使用后緞打一次壽命從800件提高到1600~1700)作者簡(jiǎn)介楊志兵1976—)男湖南邵陽(yáng)人預碩士研究生以從件且工件易脫模。采用滲硼工藝熱鍛模使用壽命收稿日期200303-16提高一倍以上,工藝簡(jiǎn)單,經(jīng)濟效益顯著(zhù)56《金屬熱處理》2003年第28卷第11期635 CrNiMo鋼熱鍛模經(jīng)強韌化熱處理后,毎套模具加體鋼按圖3工藝進(jìn)行液體滲硼后,其耐磨性是固溶工零件可達到2400件。若采用900±10)加熱并處理時(shí)的5倍以上導磁率為1.258Hm符合無(wú)磁同時(shí)固體滲硼裝箱)預冷至π80℃淬油,60℃岀要求。兩個(gè)磁性材料廠(chǎng)的試驗證明其使用壽命比油(260~280貯℃×2h等溫A50℃×2h兩次回火工固溶處理的提高了3倍顯著(zhù)降低了生產(chǎn)成本uo藝該熱鍛模加工零件數可從2400件提高到4500剪切式壓彎是在汽車(chē)制造及其它工業(yè)生產(chǎn)中應件最高到6000件滲硼使模具壽命提高一倍多η。用較多的一種鋼板成型工藝。冷彎模具一般采用用wC○o硬質(zhì)合金制作的拉絲模工作時(shí)絲材3Cr2w8VA鋼制造模具在使用過(guò)程中磨損嚴重壽高速連續拉拔通過(guò)?？?。由于合金的粘結相Co比命低。為了不影響汽車(chē)零件質(zhì)量或者大量更換模硬質(zhì)相w℃先行曆損致使硬質(zhì)相剝落。wC顆粒棱具或者進(jìn)行再加工。如此不但成本高耗時(shí)耗力且角尖銳也易引起快速曆損導致拉絲模耐磨性下降,不利于流水線(xiàn)生產(chǎn)作業(yè),若將模具采用氰化和滲硼使用壽命縮短。Y(6硬質(zhì)合金表面滲硼后拉絲模復合處理后淬火、回火現場(chǎng)使用6個(gè)月使用壽命的耐磨性提高用于拉拔銅材、軟鋼材、電焊條等平由原來(lái)2000~3000件提高到現在的6萬(wàn)件壽均壽命提高5倍以上。還可以通過(guò)滲硼對模具進(jìn)行命提高了近20倍且保證了產(chǎn)品質(zhì)量1l修復8]。不同規格的YG8硬質(zhì)合金拔絲模進(jìn)行真在高頻焊管生產(chǎn)過(guò)程中對焊管質(zhì)量影響最大空膏劑滲硼處理后其使用壽命可提高1~2倍的擠壓輥通常在高溫、急冷急熱、強沖擊和強烈磨損條件下工作。目前多數廠(chǎng)家采用3Cr2w8V熱作模具鋼制作擠壓輥但其加工工藝和熱處理工藝復雜,勞動(dòng)強度大,材料費用和加工費用高。用45鋼或40r鋼制作擠壓輥,壽命低,同樣不能降低成本。3Cr2w8V鋼擠壓輥固體滲碳雖可以延長(cháng)其使用壽(a)o時(shí)間命但材料成本仍然高,熱處理工藝復雜,能耗高。如將45鋼擠壓輥作滲硼處理則工藝簡(jiǎn)單易操作。預冷(清除殘膏在生產(chǎn)短帶焊管時(shí),45鋼滲硼擠壓輥使用壽命和3Cr2w8V鋼擠壓輥相當而其成本卻降低了68%。在連續長(cháng)帶鋼生產(chǎn)中,使用壽命將更加明顯地提高12生產(chǎn)玻璃瑪賽克的軋輥表面始終處于冷熱交變負荷受到強烈磨損及高溫氧化服役條件十分惡圖25 CrMnMo鋼熱鍛模的熱處理工藝劣。采用w18Cr4V或W6Mo5Cr4V2等鑄造高速a)常規熱處理(b)膏劑滲硼Fig 2 Different heat treatment for 5CrMnMo鋼價(jià)格很高使用壽命為(3-6介個(gè)月礦用27SiMnsteel hot forging dies鋼制軋輥使用壽命僅為15天。27SiMn鋼制軋輥經(jīng)C a)Conventional heat treatment (b) paste boronizing鍍鎳滲硼處理后其壽命可提高8~10倍能達到鑄造高速鋼制軋輥壽命且成本降低一半以上139601.2滲硼在易磨損件上的應用許多行業(yè)中的零部件由于磨損嚴重而過(guò)早報廢為了降低成本提高經(jīng)濟效益國內在易磨損件上進(jìn)行滲硼處理已作了廣泛研究取得一定成果。時(shí)間h采油用的整體泵筒屬于精密件,國內通常使用圖370Mnl5Cr2A3VwM鋼模具的滲硼工藝鍍鉻和碳氡共滲但由于在井下運行中多因泵筒內Fig 3 Boronizing process for 70Mn15Cr2A13VWMo steel die Iin中國煤化工且因鍍鉻層的局部脫生產(chǎn)磁性元件的模具不僅要有較高的耐磨性且落和CNMH(。若45鋼整體泵筒必須在磁場(chǎng)中呈無(wú)磁狀態(tài)。用奧氏體鋼制作無(wú)磁模采用增壓吸附式低溫滲硼法處理泵筒孔徑尺寸、圓具使用壽命低,而用硬質(zhì)合金制作無(wú)磁模具價(jià)格昂度和內表面粗糙度均能控制在允許范圍內滲硼后貴且形狀不能太復雜。π0Mnl5Cr2Al3VwM奧氏珩磨拋光能10%通過(guò)1級和2級配合間隙柱塞檢64《金屬熱處理》2003年第28卷第11期測。在實(shí)際應用中近200臺滲硼筒抽油泵無(wú)一臺因槽鏈道進(jìn)行復合滲硼處理,則可明顯改善它的耐磨滲層脫落和泵筒變形造成卡泵失效,且與同井位運性壽命提高(2~3)2行時(shí)間大致相同的鍍鉻和碳氮共滲泵筒相比其耐在塑料加工行業(yè)中有塑機心臟之稱(chēng)的螺桿和料磨性提高(2~3)倍。在抽稠油井位工作時(shí)其耐磨筒屬于精密偶件,多因曆損造成間隙過(guò)大不能正常性?xún)?yōu)勢則更為明顯,降低了采油成本,提高生產(chǎn)效擠、注而報廢。國內通常使用45鋼、40Cr鋼鍍鉻螺率增加產(chǎn)量14-16文獻17]地指出A5鋼抽油泵杄和料筒。由于鍍層不均與基體結合牢度差在工滲硼后對于降低泵漏躺井、砂卡躺井,以及提高泵作中易產(chǎn)生局部脫落造成迅速磨損或腐蝕。經(jīng)滲效效果較好。在石油鉆井過(guò)程中泥漿含有地層的氨的螺杄和料筒性能較好但滲氮鋼價(jià)格高表面硬各種礦物硬粒對泥漿泵閽、閥座、活塞、缸套等零部度和耐磨性難以滿(mǎn)足高速擠、注和加工增強塑料的件產(chǎn)生嚴重的磨料磨損而失效。45鋼缸套采用漿料需要。在45鋼螺杄和料筒上采用增壓吸附式低溫噴涂鹽浴熱擴散稊土滲硼后再淬火用油封保存可滲硼滲后的尺寸精度、圓度和直線(xiàn)度均能控制在公提高其使用壽命18差允許范圍內。12副經(jīng)滲硼的螺桿和料筒裝機運行夾具鉆套導引孔由于每加工一個(gè)工件不但刀考核尚未發(fā)現因強度不足造成扭曲和斷裂。同機具在鉆套中進(jìn)出一次而且鉆頭和鉆套有一定的相加工相同原料用一次性開(kāi)機生產(chǎn)量相等條件對比對運動(dòng)和切削負荷加之部分切屑常常由鉆套的導滲硼螺杄和料筒的耐曆性比同規格的滲氮件提高引孔中排岀加劇了它的磨損使它成為磨損最為嚴(1~2)倍。加工時(shí)添加硬質(zhì)增強劑塑料的滲硼螺桿重的夾具導引元件。在相同工況條件下用45鋼經(jīng)和料筒的耐磨性?xún)?yōu)勢更明顯可為塑機的生產(chǎn)方和1000℃保溫8h粉末滲硼處理制成鉆套其耐磨性是使用方帶來(lái)明顯的經(jīng)濟效益23硬度為56-60)RC的T9鋼鉆套的5.37倍明顯延在粉碎行業(yè)中高壓水射流粉碎工藝是一項高效長(cháng)了鉆套的使用壽命且工藝成本較低。認為滲硼是節能又不污染環(huán)境的高新技術(shù)。隨著(zhù)水射技術(shù)的不提高夾具導引元件耐磨性較為理想的工藝措施斷進(jìn)步對粉碎物料用噴嘴也提岀了更高要求。材塔輪是水箱拉絲機的核心部件屬易損件其質(zhì)料為45鋼的噴頭經(jīng)950℃×$h滲硼后的耐磨性遠量直接影響產(chǎn)品的使用壽命故必須具備高的硬度比常規滲碳淬火件好。因為滲硼噴頭內表面的硬和耐磨性才能有較長(cháng)的使用壽命。用冷硬鑄鐵、噴度、耐磨性得到大幅度的提高從而有效地延長(cháng)了嘖涂合金、20(r鋼滲碳淬火、45鋼固體滲硼等幾種工嘴的使用壽命,提高了射流的工作效率降低了成藝制成塔輪對它們的耐磨性和裝入C350水箱拉本241。牙輪鉆頭在井下工作時(shí)鉆頭軸承承受較大絲機的使用情況進(jìn)行了比較。結果表明A5鋼滲硼的軸向載荷、徑向載荷及附加沖擊載荷且處于惡劣塔輪的耐磨性是冷硬鑄鐵塔輪的8.6倍噴涂合金的邊界潤滑狀態(tài)因而滑動(dòng)軸承是牙輪鉆頭的薄弱塔輪的6.2倍20(r鋼滲碳淬火塔輪的4.9倍?，F場(chǎng)環(huán)節。牙輪鉆頭軸承的失效形式以膠合和曆粒曆損使用情況為45鋼滲硼塔輪使用了18個(gè)月后仍能用,為主鋼結合金GW50對牙輪鉆頭滑動(dòng)軸承來(lái)說(shuō)是而冷硬鑄鐵塔輪僅能服1.5-2個(gè)月噴涂合金塔輪一種優(yōu)質(zhì)材料滲硼后可提高其表面硬度和耐曆性,可用2.5~3)個(gè)月20Gr鋼滲碳淬火塔輪能用(3~又不會(huì )降低其強度和韌性從而提高滑動(dòng)軸承的壽3.5介個(gè)月?？梢?jiàn)塔輪經(jīng)滲硼后壽命明顯提高∞。命深層復合滲硼應用于重載采煤機截齒上效果顯2結束語(yǔ)著(zhù)。采煤機截齒不僅工作環(huán)境惡劣而且還要承受雖然滲硼工藝已經(jīng)得到廣泛的應用但是從大沖擊載荷和剪切應力。通過(guò)比較選擇了45鋼為截量的研究中發(fā)現,它們大多數應用在尺寸要求不十齒復合滲硼的基體材料。用復合滲硼截齒和焊接硬分嚴格的工模具和易損件上而在精密件上的應用質(zhì)合金截齒進(jìn)行了現場(chǎng)工業(yè)試驗。結果復合滲硼處卻比較少、滲硼及其后續熱處理使工件尺寸變化較理的截齒比焊接硬質(zhì)合金截齒成本降低約40%且大中國煤化工精密件上的應用。故延長(cháng)壽頜2~3)倍減少更換截齒時(shí)間及人工費用,降低CNMH的方法之一同時(shí)還提高了生產(chǎn)效率]。刮板輸送機是煤礦生產(chǎn)中應用可以大量研究和開(kāi)發(fā)加工滲硼件的新工藝、新方法最廣、磨損破壞最為嚴重的設備之一。而磨損最嚴及工具?？傊挥泻芎玫亟鉀Q了滲硼的兩個(gè)缺點(diǎn)重的是中部槽。它是刮板機的機身構件,若對中部才能更廣泛地擴大滲硼工藝的應用《金屬熱處理》2003年第28卷第11期參考文獻J]金屬熱處理19972x2)43-44[1]章為夷王學(xué)芝貢海等耐火磚模具選材及滲硼表面強化研[14〕孫能福.特種滲硼技術(shù)在抽油泵泵筒內表面上的應用J]石油究J]機械工程材料』996202)52-54機械,19962411)47-48[2]韋玉屏,沖模的滲硼工藝J]模具工業(yè)1996(4)51-5215]孫能福.增壓吸附式低溫滲硼在抽油泵筒內表面處理上的應用[3]韋玉屏冷沖模的滲硼工藝J廣西機械,1995(1)35-36[J]金屬熱處理9962110)2930[4]李軍沈宏謀粉末滲硼工藝在硅鋼片沖模中的應瓶J微電[16]王大庸張仲麟張學(xué)成等.長(cháng)沖程整體滲硼筒抽油泵的開(kāi)發(fā)機2001343)3940研究J]大連理工大學(xué)學(xué)報,9953(5)745-747[5]張永晷王秉芳不裝箱膏劑滲硼在熱鍛模生產(chǎn)上的應瓶J]煤[17]鄭永生漲張瑜瑾程德才抽油泵泵筒內表面滲硼組織與性能研炭科學(xué)技術(shù),9942x7)37-39究J]石油機械200028(6):15-17[6]歐雪梅局部滲硼加保護涂料使熱鍛模延壽[J]礦山機械,「18]賈文杰.45號鋼稀土滲硼在泥漿泵缸套上的應用及工藝性能1998(3)71-72分杌J]石油礦場(chǎng)機械,4996(1)7-1[7]朱杰武.固體滲硼提高熱鍛模壽命的研究[J]金屬熱處理,[19]趙運才李頌文肖一夫.45鋼表面滲硼在夾具導引元件中的000258)2223應用J1湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報20011(2)2226.[8]胡三媛Y6拉絲模滲硼的試驗研究J1中國農業(yè)大學(xué)學(xué)報,[20]高文喜拉絲機塔輪滲砠J金屬熱處理19982x9)41000(4)31-33[21]胡斌梁唐果寧李頌文.采煤機截齒復合滲硼替代焊接硬質(zhì)合[9]王建李春陽(yáng)韓立民.真空膏劑滲硼及其應用[J]金屬熱處氙J]金屬熱處理20002(2)50-51理19972x11):17-19[22]唐果寧李頌文.刮板輸送機中部槽鏈道磨損分析及復合滲硼10]孫榮耀郭雅萍張新,πoMnl5鋼制無(wú)磁模具的滲硼強化試驗研究J礦山機械』98(12)53-54[J]東北大學(xué)學(xué)報自然科學(xué)版),1998196)23]王大庸姚乃濤張俊杰等.擠岀機和注塱機45鋼滲硼螺杄及[I1]劉喜明鄔占田趙洪運.采用氰化、滲硼復合工藝提高鋼板壓料筒偶件的開(kāi)發(fā)J]塑料科技1994(6)3537彎模具的使用壽命J]汽車(chē)技術(shù)1995(8)41-4324]羅善明李頌文渚世敏.髙壓旋轉組合噴嘴滲硼熱處理的試驗[12]羅克川.用45鋼滲硼代替3Cr2W8ⅴ鋼制作焊管擠壓輥J]焊研究J]湘潭礦業(yè)學(xué)院學(xué)報,1993(3)1-64管199720(4)27-3325]謝金穩周德軍賈文杰等牙輪鉆頭軸承用GW50合金滲硼[B3]應鵬展張亞非猊倪振堯鍍鎳滲硼在玻璃瑪賽克軋輥上的應用及性能分杬J]石油機械,19982(11):12-17.中碳鋼無(wú)縫鋼管退火工藝改進(jìn)陳鐵軍孫振水內蒙古天一無(wú)縫鋼管廠(chǎng)內蒙古烏海O16043)Improvement on Annealing Process of Medium Carbon Steel Seamless PipesCHEN Tie-jun SUN Zhen-shux Tianyi Seamless Pipe Factory of Inner Mongolia Wuhai Inner Mongolia 016043 China中圖分類(lèi)號:IG162.84文獻標識碼3文章編號1254-60512003)1-0066-01我廠(chǎng)是內蒙古自治區唯一的一家生產(chǎn)小直徑(φ家派人來(lái)也未能解決這個(gè)難題(8~76加m×壁厚(1~2加mm)縫鋼管的廠(chǎng)家數為此廠(chǎng)里決定自行組織攻關(guān)。將重點(diǎn)放在原設年前引進(jìn)了江蘇的一家無(wú)縫鋼管廠(chǎng)的生產(chǎn)工藝及設計的加熱段燒嘴數量和加熱制度這兩方面上。備其中熱處理設備為1.2m×18m輥式連續退火(1)爐子加熱部分的改進(jìn)把加熱段燒嘴數量爐加熱燃料為發(fā)生爐煤氣采用頂噴芇節能環(huán)保性由原來(lái)的3個(gè)增加到5個(gè)保持原間距1.5m不變,能較好。這樣實(shí)際加熱長(cháng)度由原來(lái)的3m增加到6m,從而改但投產(chǎn)后數年來(lái)只能生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單、低附加值善了加熱效果。的低碳鋼無(wú)縫鋼管而像45鋼管這類(lèi)市場(chǎng)緊俏附(2)熱處理工藝試驗試驗采用加熱時(shí)間為加值高的產(chǎn)品卻不能生產(chǎn)。而按原先的工芑(加熱(10~60min每隔5mi取一個(gè)試驗時(shí)間泇加熱溫度溫度為820~850℃加熱時(shí)間為20min)處理后的45選用520~820貯每隔30℃取一個(gè)試驗溫度。將鋼管的強度總比標準值低(30~50MPa按照該產(chǎn)品這些不同的試驗時(shí)間和試驗溫度進(jìn)行組合,分別進(jìn)標準B/8162—1987力學(xué)性能規定,要求抗拉強行試驗并取樣測試力學(xué)性能度a1≥590MPa盡管其他各項指標都符合要求因經(jīng)過(guò)大量試驗優(yōu)選出一組工藝參數為加熱溫強度指標不合格而不能正式生產(chǎn),該設備的生產(chǎn)廠(chǎng)度中國煤化工接著(zhù)技這組加熱制度批量質(zhì)量完全達到GHB作者簡(jiǎn)介陳鐵軍(195.10-)男江寧開(kāi)源人(滿(mǎn)族)助理T8162-175構用兀強鋼管"標準。隨即將這組工程師主要從事質(zhì)量及技術(shù)管理研發(fā)工作曾獲廳局級科技進(jìn)步二等獎1項。聯(lián)系電話(huà):3947337781加熱制度作為本廠(chǎng)對45鋼無(wú)縫鋼管處理的工藝規收稿日期2003-06-28程一直沿用至今效果良好《金屬熱處理》2003年第28卷第11期