中碳钢膏剂渗硼工艺的研究+文献综述(5)
3B2O2=2[B]+2B2O3 (c)
4B2O3+6SiC+6BF3=11[B]+3BF2 ↑+3SiO2+3SiF4+6CO↑ (d)
从渗硼机理过程来讲，膏剂渗硼与其它化学热处理的机理过程大体上是一样的，但是由于硼原子本身具有的结构和性质，使得它与其它化学热处理又有一些不同之处。
(2) Fe-B系平衡相图：膏剂渗硼法产生的活性硼原子在钢铁中的扩散方式主要是形成间隙和置换两种固溶体。由图1.1可知，在渗硼处理的温度（850~1050℃），由于铁在该温度下存在的主要形式是γ-Fe相，因此Fe-B系可能出现γ- Fe、FeB及Fe2B等相。硼在奥氏体即γ-Fe中溶解度非常小，因此奥氏体在渗硼过程的初期就被硼饱和，并最先形成Fe2B化合物。由于FeB相本身很脆，Fe2B相与FeB相比容和膨胀系数不相同，产生不利的应力状态，使双相渗层脆性增大。因此希望得到单相Fe2B组织或者以Fe2B为主的组织。一般采用改善渗剂活性，调整渗硼工艺参数获得单相组织。如采用添加稀土元素的方法促使Fe2B柱状晶的形成和长大，减小了FeB的形成倾向。
图1.1 Fe-B相图
1.3 渗硼层的组织与性能
1.3.1 渗硼层的组织
渗层由表到里组织依次为渗硼层——过渡层——基体组织。由图1.1可知普通渗硼后，渗硼层一般由Fe2B和FeB两相构成[17]，成指状或齿状垂直于渗层楔入基体。
因工件含碳量、合金元素含量及种类、渗硼方法、渗硼剂活性以及工艺规范的不同，可能得到不同的渗硼层组织。常见渗硼层组织的类型见表1.3。
表1.3 渗硼层组织分类[18]
类型 说明 示意图
Ⅰ 单相Fe2B，呈齿状
Ⅱ 双相FeB、Fe2B，FeB约占1/3
Ⅲ 双相FeB、Fe2B，FeB约占1/2
Ⅳ 双相FeB、Fe2B，FeB约占2/3
Ⅴ 弱齿状渗层
Ⅵ 不完整渗层
生产上常见的钢铁件渗硼层金相组织有：单相Fe2B（Ⅰ、Ⅴ型）；双相Fe2B+FeB（Ⅲ、Ⅳ型）；基本上是单相Fe2B（Ⅱ型）。以耐磨性为主时，可选Ⅰ、Ⅱ、Ⅴ型中的任一种；以抗蚀为主时，可选Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类型中的任一种。
1.3.2 渗硼层的性能
渗硼后的钢铁表面除具有高硬度(1300 ~2300HV)和耐热性外，其力学性能、磨损性能和抗蚀性能都有变化。其中
（1）冲击性能：钢渗硼后调质的冲击韧性比未渗硼时的调质状态稍有降低，这是因为硼化物为脆性相所致，但其冲击值均能满足技术要求。所以对于工作中要求冲击值高的工件渗硼后必须调质。
（2）抗拉性能：钢渗硼后调质与未渗硼调质状态的屈服点、抗拉强度和断后伸长率值相接近，断面收缩率值偏低一些。说明钢渗硼后经过恰当的热处理，仍能保持良好的强韧性。
（3）耐磨性能：钢渗硼后耐磨性大幅度提高，说明渗硼层具有优良的抗磨损性能，可广泛用于在磨粒磨损条件下工作的工件。
（4）腐蚀性能：钢经渗硼后表面形成十分稳定的化合物，具有良好的耐蚀性。
1.4 本课题研究内容
本课题任务的主要内容是设计渗硼膏剂配方及渗硼工艺参数对中碳合金钢进行处理，分析不同渗硼膏剂成分对样品渗硼层的表面硬度、渗层厚度等的影响，从而选择最优膏剂渗硼配方，确定膏剂渗硼工艺。