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毕业设计(论文)-低碳钢表面渗硼工艺的研究.doc

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毕业设计(论文)-低碳钢表面渗硼工艺的研究.doc

郑州大学毕业设计(论文)题目低碳钢表面渗硼工艺的研究STUDYONTHEPROCESSINGOFTHESURFACEBORONIDINGOFTHELOWCARBONSTEEL学生姓名指导教师班级材料成型与控制工程06级专业材料成型及控制工程学院材料科学与工程学院2010年6月2日II摘要本文研究了低碳钢表面渗硼工艺,实验中采用的变量有3个,分别是渗剂中硼砂的配比,渗硼时的保温时间和渗硼温度。每个变量都做3个不同的实验。通过对实验中所做不同渗剂配比后的试样表面现象进行对比分析,发现渗剂中硼砂配比很重要,如果量过多容易造成严重的结块现象。对不同保温时间后的试样的对比分析,发现5小时是本实验的最佳保温时间。对不同渗硼温度后的试样的对比分析,发现在一定的范围内,随着温度的上升,渗层厚度也增加,在920℃左右是比较合适的渗硼温度。综合对比考虑后,得出了最佳工艺。关键词低碳钢;渗硼;工艺IIIABSTRACTTHISPAPERISABOUTTHERESEARCHONTHESURFACEBORONIDINGPROCESSOFTHELOWCARBONSTEELTHEREARETHREEVARIABLESUSEDINTHISEXPERIMENT;THERATIOOFTHEBORAX、HOLDINGTIMEANDTEMPERATUREOFBORONIDINGTHREEDIFFERENTEXPERIMENTSWEREDONEABOUTEACHVARIABLE。BYTHECOMPARISONOFTHEAPPEARANCESOFSAMPLEAFTERBORONIDINGINTHEDIFFERENTRATIOOFTHEBORAX,ITISFOUNDTHERATIOOFTHEBORAXWASVERYIMPORTANTIFTHEBORAXWASUSEDTOOMUCH,ITWASEASYTOCAUSETHESERIOUSAGGLOMERATIONBYTHECOMPARISONOFTHEMICROSTRUCTUREOFTHESAMPLESAFTERBORONIDINGWITHTHEDIFFERENTHOLDINGTIME,ITISFOUNDTHATTHEBESTHOLDINGTIMEWASFIVEHOURSBYTHECOMPARISONOFTHEMICROSTRUCTUREOFTHESAMPLESAFTERBORONIDINGATTHEDIFFERENTHOLDINGTEMPERATURE,WEKNEWTHATASTHEINCREASINGOFTHETEMPERATURE,THETHICKNESSOFTHEBORIDELAYERALSOINCREASEDWITHINCERTAINLIMITSANDTHEPROPERTEMPERATUREISABOUT920℃ATTHEENDOFTHEARTICLE,THEBESTPROCESSINGTECHNIQUEWASMADEKEYWORDSTHELOWCARBONSTEEL,BORONIDING,PROCESSING1目录摘要IIABSTRACTIII1概述111绪论112低碳钢介绍1121低碳钢的特点1122低碳钢的应用113表面渗硼2131表面热处理介绍2132渗硼2133渗硼方法314渗硼的应用3141冷作模具渗硼3142热作模具渗硼3143渗硼技术的其他应用415选题意义416实验中需解决的问题42实验过程521渗硼工艺5211母材的选取5212渗硼配比及处理工艺的制定5213渗硼前准备6214进行渗硼622试样的制备6221试样的截取6222制作金相试样723金相观察824显微硬度的测量83实验结果分析931渗层组织形貌分析和硬度932过渡层组织分析和硬度1033基体的组织分析和硬度特点1134渗剂中硼砂含量的影响分析1235保温时间的影响1336温度的影响1337现场144结论15参考文献16附件1毕业设计(论文)任务书17附件2郑州大学毕业论文开题报告表18附件3毕业设计(论文)计划进程表202附件4郑州大学毕业设计中期检查表21附件5毕业设计(论文)成绩评定表22外文翻译23翻译原文32致谢3711概述11绪论渗硼工艺自诞生至今已有100多年的历史,此间国内外的同行们创造发明了许多渗硼方法,如固体粉末渗硼、气体渗硼、膏剂渗硼、盐浴渗硼等,其中固体渗硼因具有操作方便、使用设备简单、质量易控制等优点因而在生产中得到较广泛的应用。众所周知,硼化物层具有硬度高FE2B为1290~1680HV,FEB为1890~2340HV、耐蚀性、耐磨性好,抗高温氧化性及红硬性优良等优点;但由于目前渗硼处理的温度较高,渗硼处理后零件的变形较大以及渗层较薄、渗层脆性较大、成本较高等原因,限制了渗硼技术的推广应用,为此国内外的专家学者在此方面做了大量的探索研究,如采取渗硼后获得单相的FE2B或渗硼后进行真空扩散而得到单相FE2B,渗硼的共晶化处理及共渗与复合渗等工艺来降低渗硼层的脆性,目前的研究方向主要是降低渗硼温度,多元复合渗硼改善渗层显微组织、显微硬度、脆性和耐磨性,以及渗硼共晶化使渗层与基体呈冶金结合,从而改善以往的渗硼层脆性大、容易剥落等问题。但固体渗硼剂因多以碳化翻或硼铁做供硼源,有成本较高的缺点。近年来研究了以廉价的硼砂作为固体渗硼剂的供硼源,获得了较大的进展并大大降低了渗剂的成本。然而有关这类渗剂的性能以及它在生产中的应用的报道还不多见。本文对硼砂型固体渗翻剂的配方及工艺过程作了一定的研究。12低碳钢介绍121低碳钢的特点低碳钢含碳量从010%至025的碳素钢,因其强度低、硬度低而软,故又称软钢。低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体,其强度和硬度较低,塑性和韧性较好。因此,其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低,切削加工性不佳,淬火处理可以改善其切削加工性。122低碳钢的应用低碳钢一般轧成角钢、槽钢、工字钢、钢管、钢带、钢板,用于制作各种建筑构件、容器、箱体、炉体和农机具等。优质低碳钢轧成薄板,制作汽车驾驶室、发动机罩等深冲制品;还轧成棒材,用于制作强度要求不高的机械零件。低碳钢在使用前一般不经热处理,碳含量在015%以上的经渗碳或氰化处理,用于要求表层温度高、耐磨性好的轴、轴套、链轮等零件。低碳钢由于强度较低,使用受到限制。若降低钢中碳含量并加入少量铝、少量硼和碳2化物形成元素,则可得到超低碳贝氏体组织,其强度很高,并保持较好的塑性和韧性。13表面渗硼131表面热处理介绍表面热处理是一种对工件表面进行强化的金属热处理。它不改变零件心部的组织和性能。广泛用于既要求表层具有高的耐磨性、抗疲劳强度和较大的冲击载荷,又要求整体具有良好的塑性和韧性的零件,如曲轴、凸轮轴、传动齿轮等。表面热处理分为表面化学热处理和淬火两大类。化学热处理将工件置于含有活性元素的介质中加热和保温,使介质中的活性原子渗入工件表层或形成某种化合物的覆盖层,以改变表层的组织和化学成分,从而使零件的表面具有特殊的机械或物理化学性能。通常在进行化学渗的前后均需采用其他合适的热处理,以便最大限度地发挥渗层的潜力,并达到工件心部与表层在组织结构、性能等的最佳配合。根据渗入元素的不同,化学热处理可分为渗碳、渗氮、渗硼、渗硅、渗硫、渗铝、渗铬、渗锌、碳氮共渗、铝铬共渗等。化学热处理的目的主要是提高刚件表面的硬度,耐磨性,抗蚀性,抗疲劳强度和抗氧化性等。表面渗硼是一种应用广泛的表面化学热处理技术。132渗硼渗硼定义在钢的表面渗入硼元素以获得铁的硼化物的工艺。渗硼层的组织性能铁的表面渗入硼后,例如在1000℃渗硼,由于硼在ΓFE中的溶解度很小,因此立即形成硼化物FE2B,再进一步提高浓度则形成硼化物FEB。硼化物的长大,系靠硼以离子的形式,通过硼化物至反应扩散前沿FEFE2B及FE2BFEB界面上来实现。因此,渗硼层组织自表面至中心只能看到硼化物层,如浓度较高,则表面为FEB,其次为FE2B,呈梳齿状楔入基体。当渗硼层由FEB和FE2B两相构成时,在它们之间将产生应力,在外力特别是冲击载荷作用下,极易产生裂缝而剥落。在渗硼过程中,随着硼化物的形成,钢中的碳被排挤至内侧,因而紧靠硼化物层将出现富碳区,其深度比硼化物区厚得多,称扩散区。硅在渗硼过程中也被内挤而形成富硅区。硅是铁素体形成元素,在奥氏体化温度下,富硅区可能变为铁素体,在渗硼后淬火时不转变成马氏体。因而紧靠硼化物区将出现软带HV300左右,使渗硼层容易剥落。钼、钨可强烈地减薄渗硼层,铬、硅、铝次之,镍、钴、锰则影响不大。渗硼具有比渗碳、碳氮共渗高的耐磨性,又具有较高耐浓酸HCI,H3PO4,H2SO4)腐蚀能力及良好的耐10%食盐水、10%苛性碱水溶液的腐蚀,但耐大气及水的腐蚀能力差.渗硼层还有较高的抗氧化及热稳定性。

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