渗钛工艺及性能分析与优化

由于钛元素极其活泼，表面极容易氧化，在常规渗金属设备中渗剂很容易老化失效，因而渗钛一般在真空、保护气氛等设备中进行。渗钛层较薄，工件渗前表面必须进行去锈、去污处理。

1.渗钛工艺的影响因素

钛在碳含量低的钢中形成钛铁合金渗层，钛在碳含量高的钢中形成钛碳化物渗层。低碳钢渗钛具有良好的耐蚀性，特别是耐气蚀性。图8-36、图8-37所示分别为温度和时间对08F钢真空渗钛层深度的影响。在碳含量高的钢上渗钛可形成钛的碳化物渗层（覆层），该渗层具有极高硬度，很好的耐磨性。温度、时间对碳含量高的钢的渗钛层深度影响如图8-38、图8-39所示，随着温度升高，渗层深度显著增加；随着时间延长，渗层深度增加，但增加量逐渐缓慢。

图8-36 温度对08F钢真空渗钛层深度的影响

图8-37 时间对08F钢真空渗钛层深度的影响

图8-38 温度对碳含量高的钢的渗钛层深度的影响（气体法）

1—T12 2—GCr15 3—Cr12MoV

图8-39 时间对碳含量高的钢的渗钛层深度的影响（气体法）

1—T12 2—GCr15 3—Cr12MoV

钛的碳化物渗层深度随着钢的碳含量增加而增加（见表8-53），随着合金元素的增加而减少（见图8-38、图8-39）。由于形成钛的碳化物渗层所需碳含量远高于渗铬，为了获得较深的渗层，可先进行渗碳处理（提高表面碳含量），再进行渗钛。

表8-53 不同钢种试样的渗钛层深度

注：渗钛采用熔盐法（950℃×4h）。

2.渗钛层的组织

渗钛层的组织和浓度分布主要与基体材料成分有关。碳钢和低合金钢的渗层组织为TiC或TiC+Fe₂Ti。图8-40所示为GCr15渗钛层的X射线衍射图谱。钛的碳化物渗层金相组织与铬、钒的碳化物渗层相同，即渗层为致密的、与基体的界面呈直线状的白亮层。(www.xing528.com)

3.渗钛层的性能

渗钛层具有极高的硬度、极好的耐磨性和耐蚀性，但热稳定性较差。

（1）硬度 钛的碳化物渗层具有比铬、钒、铌的碳化物渗层更高的硬度，达到3000～4000HV（随着渗层碳含量而变化）。在渗层中，外表面层硬度略高于内层，图8-41所示为不同钢种的渗钛层表面硬度分布。随钢中碳含量增加，渗层的硬度增加（见表8-54），用高碳含量的钢种渗钛效果较好。

图8-40 GCr15渗钛层的X射线衍射图谱

图8-41 不同钢种的渗钛层表面硬度分布

1—T12钢 2—GCr15钢 3—Cr12Mo

表8-54 不同钢种试样渗钛层的表面硬度

注：渗钛采用熔盐法（950℃×4h）。

（2）耐磨性 碳钢和低合金钢的钛碳化物渗层的摩擦因数降低，而且硬度高，耐磨性大幅度提高，并具有比其他渗层更好的耐磨性。图8-42所示为T12钢熔盐渗钛与45钢渗硼试样的耐磨试验对比。模具渗钛具有比其他化学热处理工艺处理更高的使用寿命。

（3）耐蚀性 钢渗钛后具有良好的耐蚀性，见表8-55。

图8-42 T12钢熔盐渗钛与45钢渗硼试样的耐磨试验对比

1—T12钢熔盐渗钛 2—45钢渗硼

表8-55 钢渗钛与未渗钛的耐蚀性对比 （单位：mm/a）