鋼硼鋁共滲材料研究畢業(yè)設(shè)計論文-wenkub.com
2025-06-24 16:37 本頁面
【正文】 尤其是我們的吐爾遜老師在做畢業(yè)設(shè)計過程中為我們付出了好多心血，在這里向他深表感謝。致謝本人在新疆大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院材料系讀書的四年過程中，本學(xué)院的教師們?yōu)槲覀兏冻隽撕芏嘈难⒃S多方面給予很大幫助，在這里向他們表示深深的感謝。（４）在一定的保溫時間條件下加熱溫度越高滲層越厚，這是隨著加熱溫度的提高硼原子擴(kuò)散能力提高，但是溫度過高會導(dǎo)致氧化變形。文獻(xiàn)[17]報導(dǎo)了 不加活化劑也可得到較為理想的硼化層。文獻(xiàn)[14]用廉價的氟硅酸鈉代替氟硼酸鉀，使?jié)B硼劑成本進(jìn)一步降低。在研制固體共滲劑的初期主要用NH4CI、NaCI、AIF3等鹵化物和如(NH4 )2C03等碳酸鹽。稀土元素滲入后，使表面金屬晶格發(fā)生較大畸變，造成[AI],[B]等活性原子的擴(kuò)散通道，有利于硼相的擇優(yōu)取向生長，同時也有利于大原子[AI]向晶內(nèi)的擴(kuò)散,并且稀土元素在晶界上產(chǎn)生偏聚，使晶界化學(xué)成分發(fā)生變化，影響晶界移動和晶粒的長大。特別是根據(jù)固體分子經(jīng)臉電子理論。稀土原子的第一電離能很小，即稀土原子失去電子所需能量很低，發(fā)生吸附后稀土原子的價電子容易發(fā)生偏移或部分地脫離原子核的束縛，引起稀土原子的極化或離子化，導(dǎo)致其原子半徑減少；在共滲溫度下，原子半徑減小后的稀土原子通過空位或雙空位擴(kuò)散機(jī)制進(jìn)入Fe的晶體內(nèi)，占據(jù)空位位置形成置換固溶體或?qū)⑵渌嗟腂、C等間隙原子帶入了間隙中，改變了晶格尺寸，使?jié)B層齒間的ɑ－Fe晶面間距有所增大,從而增強(qiáng)了滲層與基體之間的結(jié)合力,改善了性能。由于稀土的加入使得這些B、C等小原子在稀土周圍偏聚量增加，造成形成化合物的有利地點(diǎn)，晶內(nèi)形核地點(diǎn)的增加，避免了金屬間化合物的完全沿晶析出，其組織彌散性增加，從而改善了性能。在以后的晶核長大過程中，鋁化合物的尺寸和鋁原子的濃度變化不大。鋁也達(dá)到了飽和溶解度，開始發(fā)生偏聚并形成化合物晶核?；钚訹B]、[Al]原子首先吸附在試樣的表面等缺陷處，然后沿晶界、位錯等擴(kuò)散進(jìn)入基體。圖7 共滲層的X射線衍射圖 滲層中鋁的擴(kuò)散機(jī)制 由于硼鋁化合物形成溫度高于鐵的熔點(diǎn)，故在鋼鐵劃材的BA1共滲時，共滲劑提供的B、A1不能在介質(zhì)內(nèi)發(fā)生作用形成化合物，共滲反應(yīng)完全取決于B、 Al二組元分別與Fe的作用。主要反應(yīng)為 KBF4→KF+BF3 2B4C+2BF3+5O2→3B+2B2O3+3BF2+2CO2 ↑ B2O3+2A1→2B+A12O3 3BF2+2Fe→Fe2B+2BF3 滲A1介質(zhì)反應(yīng)A1粉及Al－Fe粉等是提供固態(tài)下B－Al共滲AI原子的供鋁劑，當(dāng)用氯化銨作活化劑時，由下列反應(yīng)產(chǎn)生活性A1原子， NH4C1→NH3+HC1 6HC1+2Al→2AIC13+3H2 AICI3+Fe→FeC13+AI 滲層組織與相結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)稀土硼鋁共滲后，可形成一定厚度的共滲層，所得共滲層組織為FeA1B + (FeAI)2B雙相構(gòu)成，由白亮的化合物層和擴(kuò)散層組成，厚度為37um一110um，化合物層硬度為1400HV一2200HV，基體由珠光體加粒狀碳化物組成。 由研究知，在這類三元系中，介質(zhì)中的B、 AI共滲元素不發(fā)生相互作用，共滲層是由兩種元素所形成的結(jié)構(gòu)組分組成，這兩種元素的數(shù)量與介質(zhì)中相應(yīng)元素的含量成正比。實驗證明，稀土能顯著提高共滲速度，稀土催滲明顯增加了共滲層厚度，而對硼化層的梳齒形狀沒有明顯的影響?？梢?，滲層區(qū)－過渡區(qū)－基體的硬度變化梯度較為平緩，較平緩的硬度分布提高了基體對共滲層的支撐能力,有利于減少其滲層脆性,硼鋁共滲層的整體性能較好。綜合分析認(rèn)為，宜選用高于950℃，時間超越4h時溫度過高,時間過長,勢必加重氧化且影響生產(chǎn)周期。結(jié)果表明，共滲層厚度與共滲時間基本呈拋物線關(guān)系，在3h～4h之間，滲層增厚較快，滲層厚度增加緩慢。m和110181。溫度達(dá)到950℃時，滲層厚度接近峰值。原因是硼砂型滲硼劑中沒有加入含 Al元素的還原劑，無法析出足量的硼原子滲入試件表面的緣故。所以只根據(jù)滲層厚度來確定。表1 L9(34)表頭設(shè)計因素水平平溫度(℃)（A）鋁含量(%)(B)稀土含量(%)(C)保溫時間(h)(D)175022228504433950864表2 實驗具體內(nèi)容種類編號溫度(℃)鋁的含量(%)硼的含量(%)稀土含量(%)保溫時間(h)1750298222750496433750892644850298635850496246850892427950298448950496629950892233. 試驗結(jié)果與分析影響硼鋁共滲層厚度及質(zhì)量的主要工藝因素從正交實驗結(jié)果（表3）的極差分析（表4）和（表5）可以看出。填充法是將工件埋入填充有粉末或粒狀滲硼劑的滲箱里，加蓋密封后進(jìn)行加熱硼鋁共滲，粉末共滲劑由滲硼劑、滲鋁劑、活化劑、填充劑四部分組成。將按比例配置好的滲硼劑包裹試件，將試件及滲硼劑放入坩堝內(nèi)，用彭潤泥土進(jìn)行密封然后放入SX1013箱式電阻爐中，在750℃—950℃的溫度范圍內(nèi)，加熱保溫2 —4小時，取出坩堝，空冷至室溫。16mm25mm的金相組織觀察試樣。優(yōu)化后滲硼層組織致密，表面稍有疏松，硼化物顯微硬度壓痕完整，降低了滲層脆性；硼化物層主要由Fe2B、(Fe,Cr)2B相和少量的FeB相組成，過渡區(qū)形成Fe3(C,B)、Fe4N相及Cr的碳化物，不存在軟帶現(xiàn)象，有效地強(qiáng)化了對硼化物層的支撐作用，有利于硼化物層與基體的結(jié)合；滲硼試樣的耐磨性明顯高于直
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