專利名稱：一種q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Q345鋼的強(qiáng)化加工方法，特別是涉及采用鎳包鋁粉末為催化劑，獲得Q345強(qiáng)化層的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法。
背景技術(shù)：
Q345鋼廣泛地應(yīng)用于工程機(jī)械的挖掘頭、鏟斗和履帶等部位，在使用過(guò)程中，零部件承受反復(fù)的沖擊載荷，磨料磨損是其主要的失效形式之一。因此，提高Q345鋼材的耐磨性是延長(zhǎng)零部件使用壽命的關(guān)鍵。改善Q345鋼的摩擦磨損性能主要有兩種方式，一是在合金鋼中加入適量的微量元素，另一種方式是通過(guò)表面滲金屬?gòu)?qiáng)化或者表面熱處理和表面涂層強(qiáng)化。前種方式可以從材料的本質(zhì)上改善其機(jī)械強(qiáng)度和摩擦磨損性能，但是需要外委生產(chǎn)，成本較高。后種方式對(duì)材料表層硬度和耐磨性改善較大，經(jīng)濟(jì)有效，但同時(shí)存在內(nèi)應(yīng)力 高、表層裂紋多、易剝落等缺陷。中國(guó)專利CN1065689公開(kāi)一種鋼鐵表面滲硼工藝，以碳氮共滲液為基鹽，是一種以滲硼為主的硼-碳-氮三元共滲新工藝。中國(guó)專利CN102051572A公開(kāi)一種鋼件的表面滲硼處理方法，該方法依次包括下列步驟1.物料配比無(wú)水硼砂為88%, Na2CO3為10%,碳化娃為12%,以上配比為質(zhì)量百分t匕，總量根據(jù)鋼件的大小及形狀，以熔化后形成的熔池能淹沒(méi)鋼件為宜；2.物料熔化及溶池形成首先將無(wú)水硼砂放入一不銹鋼容器內(nèi)，加熱到650°C，然后加入SiC粉進(jìn)行攪拌，待硼砂完全熔化，溶池溫度達(dá)到800°C時(shí)，再加入Na2CO3，加強(qiáng)攪拌到溶池溫度達(dá)到930°C，將需要滲硼的鋼件放置入硼砂浴中滲硼，溶池溫度保持930°C恒溫，時(shí)間大于3h ；3.取出鋼件，自然冷卻到常溫，然后對(duì)鋼件進(jìn)行淬火-回火修磨處理，方可使用。中國(guó)專利CN1699617公開(kāi)一種低碳鋼表面低溫滲硼工藝方法，先對(duì)鋼表面進(jìn)行納米化，隨后進(jìn)行等離子低溫滲硼。工藝步驟(I)首先在滲硼之前采用表面機(jī)械研磨法對(duì)低碳鋼表面進(jìn)行納米化處理；(2)將納米化后的低碳鋼試樣放于等離子熱處理爐內(nèi)，抽真空，使?fàn)t內(nèi)真空度達(dá)40Pa;然后打開(kāi)電源輸入電壓電流以產(chǎn)生電極間離子輝光進(jìn)行加熱；與此同時(shí)通入B(OCH3)3滲硼劑，并且通入Ar與H2的混合氣體；工作電壓為800 1200V ;送入混合氣體的氣壓為400 IOOOPa ;等離子滲硼熱處理溫度為500 650°C，在此溫度下保溫4 8h，隨爐冷卻至室溫，最后可得表面滲硼的低碳鋼。其滲層主要為Fe2B晶相，硬度為HV1700 2100。劉建建等(劉建建，陳祝平，楊光，許躍東.Q345B鋼膏劑滲硼工藝的試驗(yàn)研究[J].熱加工工藝，2011，40(24) :209-211)闡述了利用爐中加熱方式對(duì)Q345B鋼進(jìn)行滲硼。實(shí)驗(yàn)所用基體材料為Q345B鋼，試件尺寸為20mmX20mmX IOmm塊體，膏劑滲硼劑碳化硼，氧化硼，氟硼酸鉀，無(wú)水碳酸鈉，碳化硅，糊精粉。保護(hù)層水玻璃和耐火土。其工藝為將滲硼劑劑按照要求的厚度均勻地涂抹在試件表面，在100 150°C爐中烘干Ih后涂上保護(hù)層，之后入爐按照要求的溫度和時(shí)間進(jìn)行滲硼。膏劑厚度6_，滲硼溫度900°C，滲硼時(shí)間7h。出爐后空冷至室溫。硼化物呈連續(xù)針齒狀(或指狀)，以長(zhǎng)短不齊的方式楔入基體，與基體結(jié)合牢固，但表層存在疏松、孔洞等缺陷。滲層厚度達(dá)88 μ m，硬度為HV1700。劉建建等(劉建建，陳祝平，楊光，許躍東，譚海波，池闊.稀土對(duì)Q345鋼滲硼層的影響及其催滲工藝研究[J].表面技術(shù)，2012，41 (I) 86-88)闡述了利用爐中加熱方式對(duì)Q345鋼進(jìn)行滲硼過(guò)程中添加氧化鈰稀土。所用試件為Q345鋼。試件尺寸為20mmX20mmX10mm塊體。滲硼所用設(shè)備為S 2_4_10箱式電阻爐。滲硼劑中氧化鈰稀土的添加量分別為2%，5%和8% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))，試驗(yàn)采用單一因素變量，工藝條件為滲硼溫度900°C，滲硼時(shí)間5h，膏劑涂層厚度6mm。硼化物呈連續(xù)針齒狀，以長(zhǎng)短不齊的方式楔入基體，與基體結(jié)合牢固。結(jié)果顯示，加入2%稀土的滲硼層表層組織更加致密，孔洞少，針齒狀明顯，滲層厚度可達(dá)10711111，硬度最高為取1800。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供以鎳包鋁粉末為催化劑，經(jīng)加熱工藝，生產(chǎn)表層硬度高，表層與基體結(jié)合力強(qiáng)，基體組織性能獲得改善的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法。 本發(fā)明包括以下步驟I)在Q345鋼表面涂抹硼膏劑層，在硼膏劑層外面涂抹保護(hù)劑層，風(fēng)干后再烘干；所述硼膏劑的原料組成包括滲硼劑、鎳包鋁粉末和水；2)將烘干后的樣品放在熱處理爐中進(jìn)行加熱處理；3)在滲硼結(jié)束后，直接將樣品進(jìn)行水淬，之后回火；4)回火后將樣品冷卻，再清理表面，并將樣品表面粗磨，即完成對(duì)Q345鋼的鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化。在步驟I)中，所述Q345鋼表面可先預(yù)處理，所述預(yù)處理的方法是將Q345鋼試樣精車(chē)之后進(jìn)行清洗，去除表面的油潰和銹跡，再用W40號(hào)金相砂紙將試樣表面磨光；所述滲硼劑的原料組成包括碳化硼、氧化硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅和糊精粉；所述碳化硼、氧化硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅和糊精粉的質(zhì)量比可為(10 15): (15 20): (I 5): (10 15) (55 60) (5 10);所述滲硼劑、鎳包鋁粉末和水的質(zhì)量比可為(69 94) (5 30) I ;所述保護(hù)劑層的原料組成可包括水玻璃和耐火土，按質(zhì)量百分比水玻璃為50% 70%，余量為耐火土 ；所述硼膏劑層的厚度可為3 5mm ;所述保護(hù)劑層的厚度可為O. I O. 2mm ;所述烘干的溫度可為100 12(TC。在步驟2)中，所述加熱處理的溫度可為900 950°C，加熱處理的時(shí)間可為4 6h。在步驟3)中，所述水淬是樣品在900 950°C時(shí)進(jìn)行水淬；所述回火的溫度可控制在180 220°C，回火的時(shí)間可為I. 5h。在步驟4)中，所述粗磨可采用金相粗砂紙進(jìn)行粗磨。如果需觀察滲層情況，可經(jīng)過(guò)切割，鑲嵌，再粗磨到表面平整后放在拋磨機(jī)上進(jìn)行拋磨，然后對(duì)試樣進(jìn)行腐蝕。腐蝕劑可采用苦味酸鈉，成分為苦味酸，NaOH, H2O按照1:5: 20的比例，保持在不透明的封閉容器內(nèi)，浸蝕溫度為35 40°C，時(shí)間為30s左右。本發(fā)明采用鎳包鋁粉末作為催化劑，含量>5%，與成分為碳化硼、氧化硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅、糊精粉的滲硼劑和水混合，保護(hù)劑層采用水玻璃和耐火土，通過(guò)爐中加熱，獲得60 μ m左右的滲硼層厚度，表層和基體硬度均提高，滲硼層顯微硬度在1000 2000HV。本發(fā)明顯示鎳包鋁粉末使?jié)B硼層組織更加致密，牙齒狀結(jié)構(gòu)與機(jī)體結(jié)合更好。本發(fā)明對(duì)比常見(jiàn)以稀土為催化劑的滲硼工藝，可以更為有效地強(qiáng)化Q345鋼基體，適用于磨損嚴(yán)重工況的Q345鋼材。


圖I為硼膏劑中鎳包鋁粉末添加量為5% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))滲硼后的顯微組織圖。圖2為硼膏劑中鎳包鋁粉末添加量為18% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))滲硼后的顯微組織圖。圖3為硼膏劑中鎳包鋁粉末添加量為30% (質(zhì)量分?jǐn)?shù))滲硼后的顯微組織圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :按如下步驟實(shí)施。I、備料工藝(I)采用014mmX30mm圓棒料，精車(chē)之后對(duì)試樣進(jìn)行清洗，再用W40號(hào)金相砂紙金相將試件表面磨光，Q345鋼化學(xué)成分如表I。表1Q345鋼的化學(xué)成分表(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)
權(quán)利要求
1.一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于包括以下步驟 1)在Q345鋼表面涂抹硼膏劑層，在硼膏劑層外面涂抹保護(hù)劑層，風(fēng)干后再烘干；所述硼膏劑的原料組成包括滲硼劑、鎳包鋁粉末和水； 2)將烘干后的樣品放在熱處理爐中進(jìn)行加熱處理； 3)在滲硼結(jié)束后，直接將樣品進(jìn)行水淬，之后回火； 4)回火后將樣品冷卻，再清理表面，并將樣品表面粗磨，即完成對(duì)Q345鋼的鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化。
2.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟I)中，所述Q345鋼表面先預(yù)處理，所述預(yù)處理的方法是將Q345鋼試樣精車(chē)之后進(jìn)行清洗,去除表面的油潰和銹跡,再用W40號(hào)金相砂紙將試樣表面磨光。
3.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟I)中，所述滲硼劑的原料組成包括碳化硼、氧化硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅和糊精粉；所述碳化硼、氧化硼、氟硼酸鉀、無(wú)水碳酸鈉、碳化硅和糊精粉的質(zhì)量比為(10 15)(15 20) (I 5) (10 15) (55 60) (5 10)。
4.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟I)中，所述滲硼劑、鎳包鋁粉末和水的質(zhì)量比為(69 94) (5 30) I。
5.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟O中，所述保護(hù)劑層的原料組成包括水玻璃和耐火土，按質(zhì)量百分比水玻璃為50% 70%，余量為耐火土。
6.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟1)中，所述硼膏劑層的厚度為3 5mm;所述保護(hù)劑層的厚度為O. I O. 2mm。
7.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟O中，所述烘干的溫度為100 120°C。
8.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟2)中，所述加熱處理的溫度為900 950°C，加熱處理的時(shí)間為4 6h。
9.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟3)中，所述水淬是樣品在900 950°C時(shí)進(jìn)行水淬；所述回火的溫度可控制在180 220°C，回火的時(shí)間可為I. 5h。
10.如權(quán)利要求I所述的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，其特征在于在步驟4)中，所述粗磨采用金相粗砂紙進(jìn)行粗磨。
全文摘要
一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法，涉及一種Q345鋼的強(qiáng)化加工方法。提供以鎳包鋁粉末為催化劑，經(jīng)加熱工藝，生產(chǎn)表層硬度高，表層與基體結(jié)合力強(qiáng)，基體組織性能獲得改善的一種Q345鋼鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化方法。在Q345鋼表面涂抹硼膏劑層，在硼膏劑層外面涂抹保護(hù)劑層，風(fēng)干后再烘干；所述硼膏劑的原料組成包括滲硼劑、鎳包鋁粉末和水；將烘干后的樣品放在熱處理爐中進(jìn)行加熱處理；在滲硼結(jié)束后，直接將樣品進(jìn)行水淬，之后回火；回火后將樣品冷卻，再清理表面，并將樣品表面粗磨，即完成對(duì)Q345鋼的鎳包鋁粉末催化滲硼強(qiáng)化?？梢愿鼮橛行У貜?qiáng)化Q345鋼基體，適用于磨損嚴(yán)重工況的Q345鋼材。
文檔編號(hào)C23C8/70GK102912287SQ20121043332
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者楊光, 皮鈞, 陳祝平, 朱飛勇 申請(qǐng)人:集美大學(xué)