渗铬工艺及其在钢材加工中的应用

渗铬是通过加热扩散将铬元素渗入工件表面而形成无孔隙铬合金层的一种化学热处理方法。相对于电镀层和热喷涂层来说，渗铬层有许多优点：它比一般电镀层厚、无孔、与机体结合牢固，比热喷涂层光洁、致密，更重要的是它可以在形状复杂的工件上得到均匀的渗层，而这点恰恰是电镀层和热喷涂层难以达到的。

针对碳的质量分数大于0.3%的中、高碳钢或合金钢，渗铬时铬与钢中的碳形成碳化物型渗铬层，其硬度可高达1200～1800HV，可提高模具的耐磨性、耐蚀性、抗氧化性和冷热疲劳抗力，适用于既要求耐磨又要求耐腐蚀的场合，以提高模具使用寿命。

1.固体渗铬

我国的固体粉末渗铬剂成分（质量分数）为：50%铬粉（铬质量分数≥98%，100～200目）+48%氧化铝（经1100℃焙烧，100～200目）+2%（质量分数）氧化铵。其中氧化铝为稀释剂，防粘结，氧化铵为催渗剂。其工艺为：1050～1100℃加热，保温6～12h。渗铬后低碳钢可获得0.05～0.15mm厚的渗层，高碳钢可获得0.02～0.08mm厚的渗层。

真空粉末渗铬剂的化学成分（质量分数）为：30%铬铁粉+70%氧化铝。其工艺为：渗铬剂与工件一起装炉后抽真空，真空度为13.3～133Pa时，关闭真空泵，密闭升温至950～1100℃，炉内压力保持在9.8×10⁴Pa左右，保温5～10h，高碳模具钢如Cr12可获得0.01～0.03mm厚的渗层。

渗铬层的组织为铬的碳化物和含铬铁素体，次层为贫碳层。渗铬模具一般的变形规律为内孔收缩、外径胀大，变形量约为20～50μm。

模具钢渗铬后，需经淬火、回火处理，可按常规工艺进行。渗铬及淬火、回火后的硬度见表5-5。渗铬模具的应用效果见表5-6。

表5-5 四种钢渗铬的热处理后的硬度

表5-6 T8A钢制罩壳拉深模的应用效果(www.xing528.com)

2.盐浴渗铬

渗铬具有优良的耐磨性、抗高温氧化性和耐磨损性能。适用于碳钢、合金钢和镍基或钴基合金工件。

模具零件的渗铬是在硼砂为主的盐浴坩埚炉中进行的。

盐浴渗铬渗剂配比（质量分数）：10%～12%Cr₂O₃粉+3%～5%Al粉+85%～90%Na₂B₄O₇。渗铬处理工艺为：温度950℃，时间4～6h。

渗铬工序为：把工件浸入盐浴中，取出直接淬火、回火后，再清理表面。

用于制作冷作模具的45、65Mn、Cr12MoV、W18Cr4V钢等，于（980±10）℃渗铬6h后，由（Cr，Fe）₂₃C₆及（Cr，Fe）7C₃组成的渗层深度在15～27μm之间，碳化物层之下为贫碳区的过渡层。渗铬层表面铬的质量分数应高于25%，高碳钢表面铬的质量分数可高于80%。

中、高碳钢或合金钢渗铬后，表层硬度分别提高到1300～1600HV或1700～1800HV，耐磨性、尤其是抗磨粒磨损性能优良。以45钢为例，渗铬比调质态的磨损量减少95%左右。

高碳钢或中、高碳钢冷、热作模具的渗铬应用范围广泛。冷、热作模具渗铬后使用寿命能大幅度提高。例如用H13钢制造铝型材热挤压模，经盐浴渗铬后，在表层形成了5～6μm的碳化铬层，与渗氮比模具寿命提高50%以上，铝型材的表面粗糙度也较渗氮低。再如T8A钢制罩壳拉深模，经常温处理后，每拉伸100～200件需修模一次；经渗铬处理后。可拉深1000件以上。