45钢直流电场增强粉末法硼铝共渗特性

采用不同铝粉含量(0%~1.5%)的硼铝共渗剂对45钢于750 ℃进行直流电场增强粉末法硼铝共渗,并与相应常规渗扩及直流电场增强单一渗硼对比。通过X射线衍射、光学显微镜以及显微硬度测试等方法,观察分析位于直流电场中不同位置试样渗层的相结构、显微组织及硬度分布。结果表明,直流电场对粉末法渗硼、硼铝共渗均有显著促渗作用;直流电场增强渗扩渗层的形成特性不仅与试样位置及渗扩面位向有关,还与渗剂中铝粉含量有关,渗剂中铝粉含量由0增加至1.5%,负极试样面向正极侧与中间试样面向正极侧的渗层厚度先增加后降低,中间试样面向负极侧渗层厚度先缓慢增加然后大幅度增加,正极试样面向负极侧渗层厚度先增后降再增加。铝粉含量为0时,正极试样面向负极侧和中间试样面向负极侧渗层均为“锯齿状”单相Fe₂B,负极试样面向正极侧和中间试样面向正极侧由“锯齿状”FeB+Fe₂B构成。铝含量为0.3%时,各渗层均由双相“锯齿状”(Fe,Al)B和(Fe,Al)₂B构成; 渗层呈“锯齿状”特征时,硬度峰值在1400~1900 HV0.025。当铝粉含量≥0.5%时,由负极向正极,渗层“锯齿状”特征逐渐消失,各试样渗层表层逐步出现KAlF₄、AlF₃及Fe₃Si等相,渗层硬度显著降低,硬度峰值为450~1400 HV0.025。     

45钢的直流电场催渗粉末铝铬共渗

对作为正、负极的45钢试样,在一合适的直流电场中采用含铝铁、铬铁、氯化铵和二氧化硅的粉末渗剂进行了铝铬共渗。检测了渗层的显微组织、厚度、抗高温氧化性能和耐腐蚀性能。研究结果表明:直流电场显著提高了渗速,使铝铬共渗温度从1 000℃以上降低到了750℃。在4 A直流电场中于750℃铝铬共渗3 h的45钢试样,渗层深度达到了约120μm,比常规的铝铬共渗层约深3倍。经直流电场铝铬共渗的45钢的抗高温氧化性能和在10%H2SO4溶液中的耐腐蚀性能均得到了显著改善。     

交流电场对45钢粉末法渗铝的影响

通过设置一对电极,在粉末法渗铝过程中对置于两极间的45钢试样与渗剂施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗铝。通过对渗铝层的生长、组织与相结构特性的观察分析,研究交流电场对45钢粉末法渗铝的影响。结果表明:施加适当的交流电场可以显著促进渗铝过程,促渗作用随电场电流增加而增加;在仅含2%铝粉的渗铝剂中进行电场电流为2 A、保温4 h的渗铝,在500℃即可形成约40μm的渗铝层,在800℃时形成厚约180μm的渗铝层;交流电场能够降低渗铝层表层的含铝量,避免表层形成硬脆富铝相;交流电场粉末法渗铝层在900℃时具有优良的抗氧化性能。分析认为,交流电场的促渗作用与电场对渗铝过程中试样内的扩散、渗剂中的反应与扩散及渗罐内的实际温度等的影响有关。     

铝对45钢交流电场增强中温粉末法硼铝共渗的影响

以45钢为处理对象进行800℃交流电场增强粉末法硼铝共渗研究。利用光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对共渗层组织、厚度、相与显微硬度进行观察和分析。结果表明:随渗剂中铝粉含量由0增至5%,渗层厚度先增加后降低再增加,渗层组织由渗硼特征逐渐过渡到渗铝特征,表层相依Fe2B→Fe B→Fe3Al+Al N顺序发生变化;呈现渗硼组织特征的共渗层表层硬度约为1200~1800 HV0.05,呈现渗铝层组织特征的共渗层表层硬度约500 HV0.05;在低硼势渗剂中添加1.8%铝粉并施加2 A电流的交流电场,使渗层厚度较相应常规渗硼的增加约2倍,较相应常规硼铝共渗的增加约70%。     

频率对交流电场增强45钢低温粉末法硼铝共渗的影响

通过一对相互平行的平板电极,对45钢试样和渗剂施加交流电场,研究电场频率对750℃以渗硼为主的粉末法硼铝共渗(以下简称硼铝共渗)的影响。以X射线衍射、光学显微观察与显微硬度测试等手段分析共渗层。结果表明:不同频率交流电场均对45钢硼铝共渗进程有显著促进作用,共渗层均由(Fe_(1-x)Al_x) B和(Fe_(1-x)Al_x)2B两相组成;电场电流恒为2 A时,电场频率从50 Hz增大至500 Hz,共渗层厚度先减小,在100 Hz时,共渗层厚度和其中的(Fe_(1-x)Al_x) B相厚度达最小,随后二者又逐渐增加;交流电场除对B、Al原子和含B、Al的活性基团在渗扩件表面的吸附有一定程度的负面作用外,对硼铝共渗过程中其他过程均为正面作用。     

交流电场增强45钢中温粉末法硼铝共渗特性

为克服传统粉末法硼铝共渗存在的处理温度高、渗速慢以及渗剂利用率低的缺点,研究以交流电场加速中碳 45 钢中温粉末法硼铝共渗。 分别采用光学显微镜、X 射线衍射仪、扫描电镜能谱仪和显微硬度计等观测共渗层厚度、组织、相结构、成分分布及硬度分布,研究电场对共渗的影响,分析硼、铝的交互作用。 研究发现:交流电场对硼铝共渗的促进程度与渗剂配比有关;当渗剂中铝粉的质量分数低于 3%时,共渗以渗硼为主,共渗层组织主要为表层含铝的锯齿状硼化物,铝促进硼化物生长,在施加交流电场时表现更为显著,当电场电流为 2 A 时,铝的促渗作用在铝粉的质量分数为 2%时达到峰值,渗层厚度约为相应不加铝粉的 3 倍,而当电场电流增至 6 A 时,渗层厚度约为相应不加铝粉的 10 倍, 增加电场电流会增加渗层次表层的硬度;当渗剂中铝粉的质量分数≥3%时,共渗以渗铝为主,渗层组织表现为渗铝特征,但渗层厚度远比相应单一渗铝的薄,交流电场的促渗作用不显著。     

钢的粉末硼铝共渗研究

本文主要对45钢进行粉末硼铝共渗,分析了共渗过程中的主要化学反应,研究了渗剂硼、铝含量对渗层厚度和组织结构的影响,测定了渗层的残余应力及各项基本性能。结果表明,通过调整渗剂成分,可以控制共渗层的组织结构,从而获得所需要的、优于渗硼层的性能。     

粉末法铝硅共渗提高耐热钢抗渗碳性能

对乙烯裂解炉管用KH40耐热钢进行粉末法铝硅共渗处理。分析了铝硅共渗层的组织特点，研究了处理层的抗渗碳性能。结果表明，共渗处理层由粘附层、互扩散层和渗层组成；处理层在100h强渗碳条件下，表现出良好的抗渗碳性能。     

交流电场对Q215钢800℃粉末法渗硼硼化物层生长的影响

与传统粉末法渗硼对比,研究交流电场对800℃不同渗剂条件下Q215钢渗硼层中FeB与Fe2B相生长的影响。结果表明:常规渗硼在渗剂硼铁含量低于3%、渗层未形成FeB时,增加硼铁可显著促进渗硼层生长;然后进一步增加硼铁含量,渗层出现FeB,但对渗层厚度影响不大。交流电场显著促进渗硼层生长,随硼铁含量的增加,渗层厚度先增后减。硼铁高于10%后,渗层才出现FeB。施加交流电场改善内扩散,可影响Fe_2B、FeB生长和转化。     

交流电场对工业纯钛TA2粉末法渗氧的影响

在650℃进行工业纯钛TA2的粉末法渗氧,通过渗罐内一组平行电极,对渗剂和TA2试样施加交流电场,进行交流电场增强粉末法渗氧。研究发现,以尿素作为供氧剂的粉末法渗氧生成的渗层表层主要由TiO₂组成,还有少量Ti₂N和固溶氧的α-Ti;交流电场能够大幅度提高纯钛的渗氧效率,随电场电流增加,渗层厚度、硬度增加,沿层深硬度分布改善;在电场电流为2 A和渗剂含2%尿素时,6 h渗扩所得渗层厚度约46μm,渗层峰值硬度约1150 HV0.01。交流电场的物理作用能够强化渗氧剂中的反应,从而增加氧原子及含氧活性基团的产率和活性;交流电场通过提高试样内部的空位浓度,为氧原子的扩散提供更多通道;这两个因素加快氧向试样内部扩散。这种新技术可以在较低温度对钛进行高效渗氧处理,减少工件畸变。     

以渗铝为主的Q195钢交流电场增强粉末法铝铬共渗特性

在渗铝剂中加入铬粉,对Q195钢在800℃进行以渗铝为主的交流电场增强及常规粉末法铝铬共渗.用金相显微观测、X射线衍射分析、显微硬度测试等分析渗层组织、相、厚度及显微硬度沿渗层深度方向的分布.结果表明,相较单一渗铝,添加少量铬粉对常规铝铬共渗层组织和厚度影响不大,但次表层硬度提高;交流电场对单一渗铝和铝铬共渗均有促渗作...     

Study on effects of alternating current field to pack boriding of medium carbon steel

Abstract

A plain medium carbon steel was borided by alternating current field enhanced pack boriding (ACFEPB). Diffusion kinetics and case characteristics of the borided steel were investigated to understand effects of an alternating current field (ACF) on pack boriding. Conventional pack boriding (CPB) was also employed for comparison. A series of boriding were conducted at temperatures of 873, 973, 1073 and 1173 K for 1, 2, 4 and 6 h, respectively, with a fixed current of 4 A. The morphology and types of borides formed in the steel were investigated by optical microscopy and X-ray diffraction, respectively. Boride growth kinetics was analysed by measuring the average thickness of the boriding case as a function of time and temperature. The growth rate of the ACFEPB case versus time showed the same parabolic character as CPB. The parameters of the boron diffusion kinetics, D?=?D₀exp(?QR^?1T^??1), have been determined. The results showed that the ACF enhanced inter-diffusion of boron in the substrate. The value of D, diffusion coefficient, in ACFEPB was more than 4 times of that in the CPB. The activation energy Q (44·45 kJ mol^?1) of the borided steel in the ACFEPB was less than 1/4 of that (180·6 kJ mol^?1) in the CPB.     

以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗工艺优化

研究750 ℃时采用不同配比渗剂的以渗硼为主的交流电场增强粉末法硼铝共渗(ACFPBA)特性。通过观测分析渗层组织、相、厚度及沿层深的显微硬度分布,发现铝粉对交流电场增强粉末法硼铝共渗具有促渗作用,促渗效果不仅与渗剂中铝含量有关,还与硼铁含量有关。施加最佳铝粉量,对较低硼铁含量渗剂的促渗效果显著优于对较高硼铁含量的;对硼铁含量较低、在交流电场单一渗硼时获得Fe₂B单相渗层的渗剂,加入≥0.5%铝粉,所得渗层由FeB和Fe₂B双相组成,近表层硬度提高;在其他条件相同时,在含6%硼铁的渗剂中加入1%铝粉,经4 h电场增强共渗,得到约70 μm渗层且硬度曲线分布平缓,而相应单一渗硼的渗层厚度仅约26 μm。     

45钢直流电场增强粉末法渗硼层相结构与性能

在粉末渗剂和45钢试样上施加4 A电流的直流电场,于800℃进行直流电场增强渗硼。以X射线衍射、光学显微观察和显微硬度测试等手段,分析位于电场不同位置试样渗硼层的相结构、显微组织、厚度与及显微硬度分布。结果表明:电场渗硼的渗层组织形态基本与常规渗硼的一致,以锯齿状楔入基体,但其相结构、显微硬度分布、厚度等与试样位置有关;朝正极面的渗层一般由Fe B和Fe2B两相组成,渗层较厚且较硬;朝负极面的渗层主要由Fe2B组成,随渗硼时间延长Fe B先增加,后减少至消失;渗硼时间等于及超过2 h,渗层下出现明显的过渡区;渗层厚度与保温时间关系曲线呈抛物线特征。从直流电场对渗剂化学反应、含硼活性基团在气氛中的扩散及硼在试样内扩散的影响等方面进行了分析。     

铬对交流电场增强粉末法渗硼层组织和性能的影响

在低硼势粉末法渗硼剂中加入适量的铬粉,于750 ℃对45钢进行交流电场增强渗硼,研究Cr对电场增强粉末法渗硼的影响。采用光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对渗层组织、厚度、相与显微硬度进行观察和分析。试验结果表明:采用含3%硼铁的渗剂,渗硼层为典型的锯齿状硼化物,主要为Fe₂B相;当渗剂中加入微量铬粉时,最高硬度基本不变,渗层厚度增加,且在铬粉含量为0.2%时达最厚,较不加铬粉的提高约80%,之后降低;当铬粉含量高于3%后,渗层的最高硬度降低;当加入的铬粉≥5%时,渗层表层还出现多种含铬相。     

Novel pack cementations: direct current field assisted pack cementations

Abstract

Direct current field (DCF) assisted pack cementation processes are designed to overcome the problems of higher processing temperature and longer time in conventional pack cementations (CPCs). Anode and specimen as cathode are parallel with each other, and are embedded in powder agents, all of which are sealed in a stainless steel box. Effects of DCF on pack cementations, including boriding, nitrocarburising, aluminising, siliconising and chromising, have been investigated by applying DCF between the electrodes during soaking. The results indicate that DCF can greatly enhance all these cementations. Effective pack cementations can be carried out at a lower temperature and/or by shorter soaking time with the help of DCF. Direct current field endows the treated specimen with properties being the same as or superior to that by CPC. It is proposed that DCF makes the concentrations of required element at and around the cathode specimen’s side facing the anode much higher than in any other positions in the CPC process by forcing required element containing species diffusing towards the cathode, which leads to reduction of the absorption of the required element by inner wall of the box and the non-working surface of the specimen. The physical effects of the DCF on the enhanced cementation are discussed.     

45钢表面激光重熔温度场数值模拟

根据传热学理论和数值模拟方法研究温度场的分布规律,在考虑了热物性参数、换热系数、相变潜热随温度变化的因素,应用ANSYS有限元软件的参数化设计语言建立了45钢表面激光重熔连续移动三维瞬态温度场有限元模型。结果表明:提高激光功率对增大相变硬化区效果不大,反而形成较大的熔池而使重熔表面粗糙。与激光功率相比,激光扫描速度对试样温度场的影响较小。经过激光重熔后,形成重熔区、相变硬化区和基体三个区域。实验结果较好地验证了模拟结果,表明所建立的温度场计算模型是正确和可靠的。通过该计算模型,可以掌握金属表面激光重熔过程加热和冷却规律,为制备高性能表面改性层选择合适的工艺参数提供依据。