[发明专利]一种通用钢渗硼淬火复合处理工艺

说明书

技术领域

本发明涉及热处理领域，特别是涉及一种通用钢渗硼淬火复合处理工艺。

背景技术

渗硼是将化学反应析出的活性硼原子被置于高温渗硼介质中的工件表面吸收、扩散形成硼化层的化学热处理方法。工件经渗硼处理后，表面抗擦伤性、抗高温氧化性、耐蚀性、红硬性要远远优于渗碳、渗氮、氰化、氮碳共渗，由于其表面耐磨性高、摩擦系数小，一方面可以提高工件表面的使用性能（力学、物理、化学性能），大大延长工件的使用寿命；另一方面采用普通碳素钢或低合金钢经渗硼处理后可以代替部分价格昂贵的合金工模具钢或不锈钢使用，节省材料成本，因而在许多零部件和工模具中得到了广泛的应用。

常见的渗硼方法有固体、气体、盐浴等多种，其中固体渗硼因具有操作方便、使用设备简单、质量易控制等优点被优先采用。

根据Fe-B二元合金相图，铁的表面渗入硼后(比如温度为1000℃)，由于硼在γ-Fe中的溶解度很小(3‰～8‰)，因此立即形成Fe₂B，再进一步提高浓度则形成FeB。硼化物的长大，是依靠硼以离子的形式，通过硼化物至反应扩散前沿Fe-Fe₂B和Fe-FeB界面上来实现的。

常规的渗硼工艺较易得到Fe₂B+FeB的两相组织，其中，Fe₂B是正方面心晶系，硬度为1100～1700HV，脆性较小；FeB是斜方晶系，硬度为1500～2200HV，脆性较大，会导致渗硼层在后续工艺或使用中剥落。所以，从实际应用角度出发，希望得到Fe₂B的单相层。论文《渗硼工艺试验及应用》（作者：邢志松、王宝平）中提及到获得Fe₂B单相组织应掌握几个关键：①渗硼介质活性不可太强，②渗硼温度不能太高(理论温度为850～1100℃)，③渗硼时间不宜太长。

公开号为CN 1065689A的发明专利公开了一种以碳氮共渗液为基盐的钢铁表面渗硼配方，其特点是：以KBF₄为基盐，加上还原剂、催化剂，可在850℃以下进行，盐浴液流动性好，硼化物形成速度快。工艺配方为14%(NH₂)₂CO、9%Na₂CO₃、52%～57%KCl、7%KBF₄、10%～15%SiC。

公开号为CN 1952216A的发明专利公开了一种滴注式气体渗硼的方法，其特点是：采用普通滴注式气体渗碳炉，渗剂为硼酸三甲酯、甲醇和氯化稀土配制，可控制渗层深度和表面含硼量。

公开号为CN 1603452A的发明专利公开了一种采用微波快速制备金属表面渗硼层的方法，其特点是：利用微波的快速选择加热及加速化学反应的特点，在较低温度（比电炉降低100℃）和较短时间（减少）三倍以上。

还有的报道是针对某特定钢种渗硼，如：

CN 1699617A是针对低碳钢的，需先将表面研磨、纳米化；

CN 1970825A是针对热作模具钢的，涂敷膏剂，真空渗硼；

CN 101967647A是针对无缝钢管冷拔内模的。

论文《45钢耕作部件表面渗硼处理及耐磨性》（作者：邢泽炳等）中通过对中碳优质碳素结构钢45钢表面渗硼，得到50μm的由Fe₂B和FeB组成的渗层，厚150μm的过渡层存在大量层片状珠光体组织，经淬火后表面硬度达1400HV_0.2。

以上已公开的相关专利或论文中，有的是研究新的渗硼剂配方，或模拟渗碳等可控气氛炉采用滴注方式渗硼；有的是借助微波、等离子等手段，有的是需将钢件表面纳米化处理，增加了热处理加工成本；有的是针对某特定钢号下功夫，通用性不大。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种通用钢渗硼淬火复合处理工艺，有效地对工件进行渗硼处理，并具有较强的通用性。

本发明所采用的技术方案是：

一种通用钢渗硼淬火复合处理工艺，包括以下步骤：

a.   工件清洗、预热和烘干；

b.   将工件置于填充渗硼剂的容器中，并将容器装入热处理炉中，分段加热至渗硼温度后保温；

c.    炉内升温或降温至工件的淬火温度；

d.   工件出炉直接淬火；

e.    回火。