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    鋼鐵表面處理的稀土催滲技術(shù)

    放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2012-08-01
    核心提示:對(duì)于金屬表面的改性處理,通過(guò)稀土的加入能夠顯著提高元素滲入速度,改善滲層組織,提高滲層性能,表現(xiàn)出催滲效果。

    對(duì)于金屬表面的改性處理,通過(guò)稀土的加入能夠顯著提高元素滲入速度,改善滲層組織,提高滲層性能,表現(xiàn)出催滲效果,在鋼鐵熱處理領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景稀土的催滲效應(yīng)源于以下一些因素:一、稀土元素具有高的化學(xué)活性,與O、H及N均可發(fā)生強(qiáng)烈的化學(xué)反應(yīng),尤其與O的親和力很強(qiáng)。因此,爐內(nèi)氣氛中含有稀土元素,有利于煤油等高分子斷鍵,使?fàn)t氣得到活化,對(duì)滲劑的分解過(guò)程起促進(jìn)作用;使分解動(dòng)力學(xué)過(guò)程加速,并促使熱分解更完全。二、稀土元素在一定溫度下滲入金屬表面,具有微量固溶特點(diǎn),由于稀土元素的原子半徑比Fe原子半徑大得多,它的存在會(huì)引起它周?chē)脑泳Ц窕儯@種晶格畸變產(chǎn)生以下效應(yīng):一方面由于C、N間隙原子在畸變區(qū)的偏聚導(dǎo)致表面C、N濃度增高,加快C、N原子的擴(kuò)散;另一方面由于晶體缺陷對(duì)原子擴(kuò)散的通道作用,促使間隙原子沿著位錯(cuò)等畸變區(qū)快速擴(kuò)散。

    稀土的催滲效應(yīng)目前已應(yīng)用于滲碳、滲氮、滲硼、滲釩及各種復(fù)合共滲。

    一、稀土滲碳。稀土催滲碳在汽車(chē)變速箱齒輪、減速器齒輪、內(nèi)燃機(jī)活塞銷(xiāo)、機(jī)床摩擦片等零件上已得到廣泛運(yùn)用,在活塞銷(xiāo)零件的應(yīng)用上也取得明顯效果。稀土催滲碳的效果主要表現(xiàn)在:一是能降低滲碳溫度,縮短滲碳周期;二是減少工件變形,減少工件表面積碳;三是細(xì)化滲層組織晶粒,改善碳化物形態(tài);四是使?jié)B層硬度的變化較為平緩。加稀土可提高滲碳速度20%~30%,節(jié)電70%,熱處理成本下降60%。

    二、稀土滲氮。稀土催滲氮可有效提高滲氮速度,在同樣溫度下稀土滲氮可提高滲速15%~20%;當(dāng)滲氮溫度高出傳統(tǒng)溫度10~20℃,則可使?jié)B氮速度提高60%以上。稀土也可使碳氮共滲的滲速提高20%~50%。稀土催滲氮可使氮化物的分布變得細(xì)小彌散,避免氮化物沿晶界的偏聚及脈狀組織的產(chǎn)生,能有效提高表面硬度。稀土催滲氮不僅有催滲和改善滲氮層硬度和滲層組織的效果,還有一定的離子轟擊效應(yīng),使鋼鐵表層內(nèi)的空位與位錯(cuò)密度增加,加快氮原子的擴(kuò)散;同時(shí),稀土原子也沿晶界、位錯(cuò)等特殊通道以較快速度向內(nèi)部擴(kuò)散,具有一定的微合金化作用。

    三、稀土滲硼。加稀土的滲硼劑顯示出較好的催滲效果,滲速提高幅度在20%~30%,特別是對(duì)低碳材料的效果更明顯。研究表明,稀土的加入可抑制FeB的生長(zhǎng),有利于Fe2B的形成,所形成的Fe2B形如針齒細(xì)密直長(zhǎng),能減少硼化層脆性,提高滲層與基體的結(jié)合力。

    四、稀土滲釩。滲釩技術(shù)所形成的碳化釩覆層在常溫下具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗磨損能力,但傳統(tǒng)的鹽浴滲釩方法一直存在著設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、工件變形大以及表面粘鹽難以清理等技術(shù)難點(diǎn)。采用稀土催滲釩技術(shù),能加速活性原子的產(chǎn)生,加速滲劑的分解,提高鹽浴中的釩勢(shì),從而提高滲釩的速度,增加滲層厚度。

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