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模具表面的化学热处理技术---渗硼
  • 作者:admin
  • 发布时间:11-11-12 14:21
  • 点击数:21
  • 文章来源:东莞市锐鑫特殊钢材有限公司

渗硼可以使模具表面获得很高的硬度(1500~2000HV),因而能显著地提高模具的表面硬度、耐磨性和耐蚀能力。例如Cr12MoV钢制冷墩六方螺母凹模,经一般热处理后,使用寿命为3~5千件,经渗硼处理后,可提高到5~l0万件。钢铁材料渗硼后,渗硼区主要由两种不同的硼化物(Fe2B和FeB)组成。FeB中的硼含量高,具有较高的硬度(1800~2000HV),但其脆性大,易剥落;Fe2B的硬度较低(1400~1600HV),但脆件较小。通常希望渗硼区中FeB的量少些,甚至希望得到单相的Fe2B层。渗硼过程为分解---吸收---扩散三个阶段。

粉末法(固体渗硼法):
把工件埋在含硼的粉末中,并在大气、真空或保护气氛条件下加热至850~l050℃,保温3~5h,可获得0.1~0.3mm厚的渗层。渗硼剂可以用无定形硼、硼铁、硼氟酸钠、碳化硼、无水硼砂等含硼物质,并配制适量的氧化铝和氯化氨等。也可把渗硼剂喷于工件上或制成膏状涂敷在工件表面,然后用感应加热使之在短时间内扩散,获得一定的硼化物渗层。固体渗硼的设备较为简便,适于处理大型模具。
固体渗硼的缺点是:渗硼速度较慢;碳化硼、硼铁粉等价格昂贵;热扩散时间较长,且温度高,渗层浅等。

熔盐法(常用):
工件在熔盐中扩散渗硼。盐浴成分及工艺如下:
⑴用无水硼砂加入碳化硼或硼化铁组成,在900~1000℃保温1~5h,得到0.06~0.35mm的渗层;
⑵用熔融的硼砂中加入氯化钠、碳酸钠或碳酸钾,渗硼温度在700~850℃保温1~4h,可得到0.08~1.5mm渗层;
⑶用氯化钡及氯化钠中性盐浴中加入硼铁或碳化硼,在900~1000℃保温1~3h,可得到0.06~0.25mm的渗层;
⑷在以价廉的硼砂为主体的盐浴中加入碳化硅或硅化钙等还原剂,在900~1100℃保温2~6h,可得到0.04~1.2mm的渗层。   
熔盐法渗硼的特点:
熔盐法渗硼的优点是:
⑴可通过调整渗硼盐浴的配比,来控制渗硼层的组织结构、深度和硬度;
⑵渗层与基体结合较牢,表面光洁度不受影响;
⑶工艺温度较低,模具变形小;
⑷渗硼速度较固体法快;
⑸设备和操作简便。缺点→为盐浴流动性较差,模具表面残盐的清洗较困难。

气体渗硼法:
将被处理的工件在二硼烷或三氯化硼和氢等气体中加热,渗硼温度为750~950℃,保温2~6h,可得到0.05~0.25mm的渗层。优点:渗层均匀;渗硼温度范围较宽;渗硼后工件表面清洗方便。缺点:由于二硼烷不稳定并有爆炸性,而三氯化硼容易水解,此法尚待进一步完善。
钢的成分对渗硼厚度的影响:低碳钢的渗硼速度最快碳含量或合金元素↑,渗硼速度↓。碳含量和合金元素↑,不仅使渗硼层减薄,而且硼化物针楔入程度也减弱,结合力下降。铬、锰、钒、钨还使FeB脆性相含量↑。一般认为含硅的钢不宜渗硼。原因是渗硼后,在渗层与基体的过渡区存在明显的软带区,其硬度低至200~300HV,使渗层在使用中极易剥落。
注意!!!:渗硼厚度增加,模具寿命提高。但当渗硼层厚度超过一定值后,模具使用寿命反而降低。模具要求基体有足够的强度和韧性,故模具在渗硼后还必须进行淬火、回火处理,以改善基体的性能。www.hongchao-dg.cn由于FeB、Fe2B和基体的膨胀系数不同,因此在淬火加热时要进行充分预热,冷却时要缓冷,以免渗硼层开裂和脱落。对高合金钢模具的加热温度还必须严格控制,因为Fe-Fe2B在1149℃发生共晶转变,若淬火温度≥1149℃,渗层会出现熔化。

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