[发明专利]一种低碳钢液体稀土硼钒复合渗共晶的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面热处理领域，特别涉及一种低碳钢通过液体稀土硼钒复合渗共晶的方法获得高的表面硬度及厚渗层。

背景技术

钢材乃至合金通过硼钒复合渗工艺，既能通过渗钒进一步提高金属表面硬度，又能促进硼的渗层厚度，减少FeB脆层的出现，加入稀土氧化铈具有显著的摧渗效果，可以进一步提高渗层厚度，减少FeB形成，硼钒共渗及稀土催化渗硼已得到行业的普遍认可和应用，但是仍然存在不足之处，目前的硼钒复合渗工艺渗层较薄，不超过200μm，在一些更加恶劣的磨损、腐蚀环境下，还是显得硬度偏低，厚度不够，要进一步提高渗层厚度，涉及到许多具体的技术问题。

需要指出的是，渗硼的反应机理，尽管做了大量的研究，但至今并没有研究透彻，即使最新修订的JB/T4215-2008《渗硼》国家标准中，对催渗剂、工艺温度的推荐值也不是最优的，供硼剂的选择及浓度，催渗剂的最佳选择，渗硼温度高低及保温时间，都将直接影响到渗硼层厚度及形成的硼化物属性。

渗硼层共晶技术，并非是近年的新技术，国内早在70年代末期就曾经研究过该工艺，尽管得到了较厚的共晶组织，但由于渗剂配方硼浓度偏低，共晶组织中高硬物质Fe₂B太少，造成渗硼扩散层硬度偏低，没有实用价值，只有表层至扩散层具有较高活性游离的硼浓度时，通过共晶技术，才能使得共晶层获得硬度梯度小，渗层厚度显著提高的可能。

专利号CN102828147B提供了一种稀土摧渗高温盐浴共晶化渗硼处理的方法，采用盐浴膏剂法渗硼方式，升温至碳钢共晶点1160℃处加热20分钟，可得到厚达1500μm；显微硬度平均1200HV左右，而且硬度梯度小。但该方法采用的水玻璃作为粘接剂在烘干过程中由于水玻璃的受热分解造成体积膨胀，渗剂层脱离工件表面，即使在渗剂层外又包裹粘接剂及保护层，但在瞬间放入高温熔盐当中仍然会发生爆裂熔融，造成渗剂层脱落，在现实操作中可靠性不高。公开号CN102268535A提供了一种稀土硼钒碳共渗剂，为固体复合渗，配方中存在硼浓度偏低，硼钒比例不当，很难保证硼钒的同时渗入，渗层厚度也受影响，且摧渗剂的选择上并没有采用具有显著摧渗效果的稀土二氧化铈，固态下渗硼较液态不利于硼的扩散，渗层较浅，复合渗温度、时间同样决定渗层厚度，这些关键工艺参数没有给出，而且没有实施共晶工艺。

实践证明渗硼工艺，要想大幅度的提高渗层厚度，并且硬度梯度小，渗层不易崩裂，供硼剂必须要有足够的活性的游离态硼浓度，液态渗硼环境，适量的稀土二氧化铈含量作为催渗剂，足够高的温度和时间保证，而且必须经过共晶这个工艺才能大幅度提高渗层厚度，几个环节缺一不可。

发明内容

为了进一步提高硼钒复合渗层的深度，增强材料的耐磨性，本发明提出一种低碳钢液体稀土硼钒复合渗共晶的方法，可以显著提高渗层硬度和厚度，增强材料耐磨使用寿命，并使低碳钢这种易加工低价值材料具备高耐磨、高韧性，现实中可以取代高性能耐磨合金、部分硬质合金和覆焊耐磨层等等。

本发明是通过以下方法实现的：

步骤一，渗剂配方由以下物质组成：按质量比无水硼砂60%，碳化硼20%，钒铁50占15%，稀土二氧化铈占5%，将其混合均匀放入碳化硅石墨坩埚待用；

步骤二，硼钒复合渗处理，将炉温升至950℃时，放入装有渗剂的坩埚，继续升温至1060℃放入低碳钢工件，进行硼钒复合渗处理，并保温4小时；

步骤三，共晶处理，继续将炉温升至1160℃，升温速度为2℃/分钟，保温15分钟，出炉将工件油淬；

步骤四，表面清理，工件进行喷丸抛光处理。

经过处理后的工件表面，可得硼钒复合渗层厚度可达1200μm，渗层剖面厚度无需借助金相显微镜可见，渗层均匀，硬度梯度小，表面硬度大于1800HV_0.1。

附图说明

图1为本发明实施例制得的硼钒复合渗共晶组织剖面示意图。

图2为本发明实施例制得的硼钒共晶组织表层菊花状、板条状花纹。

图3为本发明实施例测试的硼钒渗层共晶组织深度与显微硬度关系曲线图。

具体实施方式

渗剂配方中各物质按质量配比，具体属性及配比如下表所示：

将上述渗剂按质量比例配好，混合均匀，放入碳化硅石墨坩埚中待用。

待炉温升至950℃时，将碳化硅石墨坩埚放入炉内，继续升温至1060℃放入低碳钢工件，进行硼钒复合渗处理，并保温4小时。