渗硼工艺的应用

工艺渗硼工艺的应用杨志兵彭志耀中南大学材料科学与工程学院湖南长沙410083)摘要综述了近十年国内渗硼工艺的应用状况。大量研究表明在这方面已取得了显著成果并收到很好的经济效益。如能解决渗硼温度髙和渗硼层脆性的问题能使渗硼工艺更加广泛地应用。关键词渗硼应用菠用寿命中图分类号IG156.8文献标识码文章编号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渗硼层具有髙的硬度、耐磨性、热硬性及抗腐蚀劣。其侧面既要受到硬颗粒的强烈刮削,又受到硬性和抗氧化性好等优点是一项有发展前途的化学颗粒的压入且要承受反复的冲击。经表面渗碳强热处理工艺。渗硼的方法主要有固体渗硼、液体渗化制成的20钢模具寿命仅为5600块/副而用45钢硼、气体渗硼和离子渗硼等。然而常规渗硼存在两经l000℃×$h渗硼淬火、回火制成旳模具寿命均个缺点:①渗硼温度高、时间长,工件热处理后崎变稳定在17000块以上最高寿命达到19000块寿命较大心渗硼层脆性大与基体结合不牢溶易剥落,提高2~3倍Ⅵ;沖压电机转子硅钢片的凸模,若用从而明显地阻碍了渗硼工艺的进一步发展和应用。T10A钢淬火加回火,寿命只有(1-2)万件,而进一步的研究表明,硼的多元共渗可以部分地克服Cr12MV钢淬火加回火寿命为(1~5万件,I8A钢上述缺点共渗元素可选择电负性较铁小旳过渡族模具经渗硼后淬火加回火寿命为(10~12)万件,寿元素和稀土元素。渗硼工件由工模具扩大到机器零命显著提高23用图1的工艺对Cr12钢制硅钢片件由普通工件扩大到精密工件,在机械、冶金、石冲模渗硼后比同型号未经渗硼的模具寿命提高4倍油、化工、轻工、煤矿、农业等行业都得到应用。实践多且节约了原材料及加工工时经济效益明显渗证明渗硼在各行各业的应用能显著降低成本提高硼工艺有望代替硬质合金4。经济效益。本文根据收集到的资料对国内渗硼工艺的应用状况进行了介绍1渗硼工艺的应用目前国内渗硼工艺主要应用在工作条件恶劣的至200℃以下开幂工模具和易磨损的零件上其目的是为了提高零部件的耐磨性和使用寿命降低生产成本提高经济效益。目前主要通过两个途径来达到这个目的:①使图1(r12钢冲模渗硼工艺Fig 1 Boronizing process for Cr12 steel die用原来的材料通过渗硼来延长其使用寿命;用廉热锻模的使用条件较差在高温下不仅受多次价的材料通过渗硼来替代昂贵材料。冲击且受交变应力的作用寿命很短。按图2a的常国内模具使用寿命太短提高模具寿命是急待规工山中国煤化工模与按图2b经渗硼解决的问题。例如压制耐火砖模具的工作条件恶工艺CNMH殳模比较在3t锤上使用后緞打一次寿命从800件提高到1600~1700)作者简介杨志兵1976—)男湖南邵阳人预硕士研究生以从件且工件易脱模。采用渗硼工艺热锻模使用寿命收稿日期200303-16提高一倍以上,工艺简单,经济效益显著56《金属热处理》2003年第28卷第11期635 CrNiMo钢热锻模经强韧化热处理后,毎套模具加体钢按图3工艺进行液体渗硼后,其耐磨性是固溶工零件可达到2400件。若采用900±10)加热并处理时的5倍以上导磁率为1.258Hm符合无磁同时固体渗硼装箱)预冷至π80℃淬油,60℃岀要求。两个磁性材料厂的试验证明其使用寿命比油(260~280贮℃×2h等温A50℃×2h两次回火工固溶处理的提高了3倍显著降低了生产成本uo艺该热锻模加工零件数可从2400件提高到4500剪切式压弯是在汽车制造及其它工业生产中应件最高到6000件渗硼使模具寿命提高一倍多η。用较多的一种钢板成型工艺。冷弯模具一般采用用wC○o硬质合金制作的拉丝模工作时丝材3Cr2w8VA钢制造模具在使用过程中磨损严重寿高速连续拉拔通过模口。由于合金的粘结相Co比命低。为了不影响汽车零件质量或者大量更换模硬质相w℃先行曆损致使硬质相剥落。wC颗粒棱具或者进行再加工。如此不但成本高耗时耗力且角尖锐也易引起快速曆损导致拉丝模耐磨性下降,不利于流水线生产作业,若将模具采用氰化和渗硼使用寿命缩短。Y(6硬质合金表面渗硼后拉丝模复合处理后淬火、回火现场使用6个月使用寿命的耐磨性提高用于拉拔铜材、软钢材、电焊条等平由原来2000~3000件提高到现在的6万件寿均寿命提高5倍以上。还可以通过渗硼对模具进行命提高了近20倍且保证了产品质量1l修复8]。不同规格的YG8硬质合金拔丝模进行真在高频焊管生产过程中对焊管质量影响最大空膏剂渗硼处理后其使用寿命可提高1~2倍的挤压辊通常在高温、急冷急热、强冲击和强烈磨损条件下工作。目前多数厂家采用3Cr2w8V热作模具钢制作挤压辊但其加工工艺和热处理工艺复杂,劳动强度大,材料费用和加工费用高。用45钢或40r钢制作挤压辊,寿命低,同样不能降低成本。3Cr2w8V钢挤压辊固体渗碳虽可以延长其使用寿(a)o时间命但材料成本仍然高,热处理工艺复杂,能耗高。如将45钢挤压辊作渗硼处理则工艺简单易操作。预冷(清除残膏在生产短带焊管时,45钢渗硼挤压辊使用寿命和3Cr2w8V钢挤压辊相当而其成本却降低了68%。在连续长带钢生产中,使用寿命将更加明显地提高12生产玻璃玛赛克的轧辊表面始终处于冷热交变负荷受到强烈磨损及高温氧化服役条件十分恶图25 CrMnMo钢热锻模的热处理工艺劣。采用w18Cr4V或W6Mo5Cr4V2等铸造高速a)常规热处理(b)膏剂渗硼Fig 2 Different heat treatment for 5CrMnMo钢价格很高使用寿命为(3-6介个月矿用27SiMnsteel hot forging dies钢制轧辊使用寿命仅为15天。27SiMn钢制轧辊经C a)Conventional heat treatment (b) paste boronizing镀镍渗硼处理后其寿命可提高8~10倍能达到铸造高速钢制轧辊寿命且成本降低一半以上139601.2渗硼在易磨损件上的应用许多行业中的零部件由于磨损严重而过早报废为了降低成本提高经济效益国內在易磨损件上进行渗硼处理已作了广泛研究取得一定成果。时间h采油用的整体泵筒属于精密件,国內通常使用图370Mnl5Cr2A3VwM钢模具的渗硼工艺镀铬和碳氡共渗但由于在井下运行中多因泵筒内Fig 3 Boronizing process for 70Mn15Cr2A13VWMo steel die Iin中国煤化工且因镀铬层的局部脱生产磁性元件的模具不仅要有较高的耐磨性且落和CNMH(。若45钢整体泵筒必须在磁场中呈无磁状态。用奥氏体钢制作无磁模采用增压吸附式低温渗硼法处理泵筒孔径尺寸、圆具使用寿命低,而用硬质合金制作无磁模具价格昂度和内表面粗糙度均能控制在允许范围内渗硼后贵且形状不能太复杂。π0Mnl5Cr2Al3VwM奥氏珩磨抛光能10%通过1级和2级配合间隙柱塞检64《金属热处理》2003年第28卷第11期测。在实际应用中近200台渗硼筒抽油泵无一台因槽链道进行复合渗硼处理,则可明显改善它的耐磨渗层脱落和泵筒变形造成卡泵失效,且与同井位运性寿命提高(2~3)2行时间大致相同的镀铬和碳氮共渗泵筒相比其耐在塑料加工行业中有塑机心脏之称的螺杆和料磨性提高(2~3)倍。在抽稠油井位工作时其耐磨筒属于精密偶件,多因曆损造成间隙过大不能正常性优势则更为明显,降低了采油成本,提高生产效挤、注而报废。国内通常使用45钢、40Cr钢镀铬螺率增加产量14-16文献17]地指出A5钢抽油泵杄和料筒。由于镀层不均与基体结合牢度差在工渗硼后对于降低泵漏躺井、砂卡躺井,以及提高泵作中易产生局部脱落造成迅速磨损或腐蚀。经渗效效果较好。在石油钻井过程中泥浆含有地层的氨的螺杄和料筒性能较好但渗氮钢价格高表面硬各种矿物硬粒对泥浆泵阍、阀座、活塞、缸套等零部度和耐磨性难以满足高速挤、注和加工增强塑料的件产生严重的磨料磨损而失效。45钢缸套采用浆料需要。在45钢螺杄和料筒上采用增压吸附式低温喷涂盐浴热扩散稊土渗硼后再淬火用油封保存可渗硼渗后的尺寸精度、圆度和直线度均能控制在公提高其使用寿命18差允许范围内。12副经渗硼的螺杆和料筒装机运行夹具钻套导引孔由于每加工一个工件不但刀考核尚未发现因强度不足造成扭曲和断裂。同机具在钻套中进出一次而且钻头和钻套有一定的相加工相同原料用一次性开机生产量相等条件对比对运动和切削负荷加之部分切屑常常由钻套的导渗硼螺杄和料筒的耐曆性比同规格的渗氮件提高引孔中排岀加剧了它的磨损使它成为磨损最为严(1~2)倍。加工时添加硬质增强剂塑料的渗硼螺杆重的夹具导引元件。在相同工况条件下用45钢经和料筒的耐磨性优势更明显可为塑机的生产方和1000℃保温8h粉末渗硼处理制成钻套其耐磨性是使用方带来明显的经济效益23硬度为56-60)RC的T9钢钻套的5.37倍明显延在粉碎行业中高压水射流粉碎工艺是一项高效长了钻套的使用寿命且工艺成本较低。认为渗硼是节能又不污染环境的高新技术。随着水射技术的不提高夹具导引元件耐磨性较为理想的工艺措施断进步对粉碎物料用喷嘴也提岀了更高要求。材塔轮是水箱拉丝机的核心部件属易损件其质料为45钢的喷头经950℃×$h渗硼后的耐磨性远量直接影响产品的使用寿命故必须具备高的硬度比常规渗碳淬火件好。因为渗硼喷头内表面的硬和耐磨性才能有较长的使用寿命。用冷硬铸铁、喷度、耐磨性得到大幅度的提高从而有效地延长了啧涂合金、20(r钢渗碳淬火、45钢固体渗硼等几种工嘴的使用寿命,提高了射流的工作效率降低了成艺制成塔轮对它们的耐磨性和装入C350水箱拉本241。牙轮钻头在井下工作时钻头轴承承受较大丝机的使用情况进行了比较。结果表明A5钢渗硼的轴向载荷、径向载荷及附加冲击载荷且处于恶劣塔轮的耐磨性是冷硬铸铁塔轮的8.6倍喷涂合金的边界润滑状态因而滑动轴承是牙轮钻头的薄弱塔轮的6.2倍20(r钢渗碳淬火塔轮的4.9倍。现场环节。牙轮钻头轴承的失效形式以胶合和曆粒曆损使用情况为45钢渗硼塔轮使用了18个月后仍能用,为主钢结合金GW50对牙轮钻头滑动轴承来说是而冷硬铸铁塔轮仅能服1.5-2个月喷涂合金塔轮一种优质材料渗硼后可提高其表面硬度和耐曆性,可用2.5~3)个月20Gr钢渗碳淬火塔轮能用(3~又不会降低其强度和韧性从而提高滑动轴承的寿3.5介个月。可见塔轮经渗硼后寿命明显提高∞。命深层复合渗硼应用于重载采煤机截齿上效果显2结束语著。采煤机截齿不仅工作环境恶劣而且还要承受虽然渗硼工艺已经得到广泛的应用但是从大冲击载荷和剪切应力。通过比较选择了45钢为截量的研究中发现,它们大多数应用在尺寸要求不十齿复合渗硼的基体材料。用复合渗硼截齿和焊接硬分严格的工模具和易损件上而在精密件上的应用质合金截齿进行了现场工业试验。结果复合渗硼处却比较少、渗硼及其后续热处理使工件尺寸变化较理的截齿比焊接硬质合金截齿成本降低约40%且大中国煤化工精密件上的应用。故延长寿頜2~3)倍减少更换截齿时间及人工费用,降低CNMH的方法之一同时还提高了生产效率]。刮板输送机是煤矿生产中应用可以大量研究和开发加工渗硼件的新工艺、新方法最广、磨损破坏最为严重的设备之一。而磨损最严及工具。总之只有很好地解决了渗硼的两个缺点重的是中部槽。它是刮板机的机身构件,若对中部才能更广泛地扩大渗硼工艺的应用《金属热处理》2003年第28卷第11期参考文献J]金属热处理19972x2)43-44[1]章为夷王学芝贡海等耐火砖模具选材及渗硼表面强化研[14〕孙能福.特种渗硼技术在抽油泵泵筒内表面上的应用J]石油究J]机械工程材料』996202)52-54机械,19962411)47-48[2]韦玉屏,冲模的渗硼工艺J]模具工业1996(4)51-5215]孙能福.增压吸附式低温渗硼在抽油泵筒内表面处理上的应用[3]韦玉屏冷冲模的渗硼工艺J广西机械,1995(1)35-36[J]金属热处理9962110)2930[4]李军沈宏谋粉末渗硼工艺在硅钢片冲模中的应瓶J微电[16]王大庸张仲麟张学成等.长冲程整体渗硼筒抽油泵的开发机2001343)3940研究J]大连理工大学学报,9953(5)745-747[5]张永晷王秉芳不装箱膏剂渗硼在热锻模生产上的应瓶J]煤[17]郑永生涨张瑜瑾程德才抽油泵泵筒内表面渗硼组织与性能研炭科学技术,9942x7)37-39究J]石油机械200028(6):15-17[6]欧雪梅局部渗硼加保护涂料使热锻模延寿[J]矿山机械,「18]贾文杰.45号钢稀土渗硼在泥浆泵缸套上的应用及工艺性能1998(3)71-72分杌J]石油矿场机械,4996(1)7-1[7]朱杰武.固体渗硼提高热锻模寿命的研究[J]金属热处理,[19]赵运才李颂文肖一夫.45钢表面渗硼在夹具导引元件中的000258)2223应用J1湘潭矿业学院学报20011(2)2226.[8]胡三媛Y6拉丝模渗硼的试验研究J1中国农业大学学报,[20]高文喜拉丝机塔轮渗砠J金属热处理19982x9)41000(4)31-33[21]胡斌梁唐果宁李颂文.采煤机截齿复合渗硼替代焊接硬质合[9]王建李春阳韩立民.真空膏剂渗硼及其应用[J]金属热处氙J]金属热处理20002(2)50-51理19972x11):17-19[22]唐果宁李颂文.刮板输送机中部槽链道磨损分析及复合渗硼10]孙荣耀郭雅萍张新,πoMnl5钢制无磁模具的渗硼强化试验研究J矿山机械』98(12)53-54[J]东北大学学报自然科学版),1998196)23]王大庸姚乃涛张俊杰等.挤岀机和注塱机45钢渗硼螺杄及[I1]刘喜明邬占田赵洪运.采用氰化、渗硼复合工艺提高钢板压料筒偶件的开发J]塑料科技1994(6)3537弯模具的使用寿命J]汽车技术1995(8)41-4324]罗善明李颂文渚世敏.髙压旋转组合喷嘴渗硼热处理的试验[12]罗克川.用45钢渗硼代替3Cr2W8ⅴ钢制作焊管挤压辊J]焊研究J]湘潭矿业学院学报,1993(3)1-64管199720(4)27-3325]谢金稳周德军贾文杰等牙轮钻头轴承用GW50合金渗硼[B3]应鹏展张亚非猊倪振尧镀镍渗硼在玻璃玛赛克轧辊上的应用及性能分杬J]石油机械,19982(11):12-17.中碳钢无缝钢管退火工艺改进陈铁军孙振水内蒙古天一无缝钢管厂内蒙古乌海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中图分类号:IG162.84文献标识码3文章编号1254-60512003)1-0066-01我厂是内蒙古自治区唯一的一家生产小直径(φ家派人来也未能解决这个难题(8~76加m×壁厚(1~2加mm)缝钢管的厂家数为此厂里决定自行组织攻关。将重点放在原设年前引进了江苏的一家无缝钢管厂的生产工艺及设计的加热段烧嘴数量和加热制度这两方面上。备其中热处理设备为1.2m×18m辊式连续退火(1)炉子加热部分的改进把加热段烧嘴数量炉加热燃料为发生炉煤气采用顶喷芇节能环保性由原来的3个增加到5个保持原间距1.5m不变,能较好。这样实际加热长度由原来的3m增加到6m,从而改但投产后数年来只能生产工艺简单、低附加值善了加热效果。的低碳钢无缝钢管而像45钢管这类市场紧俏附(2)热处理工艺试验试验采用加热时间为加值高的产品却不能生产。而按原先的工芑(加热(10~60min每隔5mi取一个试验时间泇加热温度温度为820~850℃加热时间为20min)处理后的45选用520~820贮每隔30℃取一个试验温度。将钢管的强度总比标准值低(30~50MPa按照该产品这些不同的试验时间和试验温度进行组合,分别进标准B/8162—1987力学性能规定,要求抗拉强行试验并取样测试力学性能度a1≥590MPa尽管其他各项指标都符合要求因经过大量试验优选出一组工艺参数为加热温强度指标不合格而不能正式生产,该设备的生产厂度中国煤化工接着技这组加热制度批量质量完全达到GHB作者简介陈铁军(195.10-)男江宁开源人(满族)助理T8162-175构用兀强钢管"标准。随即将这组工程师主要从事质量及技术管理研发工作曾获厅局级科技进步二等奖1项。联系电话:3947337781加热制度作为本厂对45钢无缝钢管处理的工艺规收稿日期2003-06-28程一直沿用至今效果良好《金属热处理》2003年第28卷第11期