液体渗硼工艺及注意事项

液体渗硼包括电解渗硼和盐浴渗硼两种。

（1）电解渗硼 是将工件浸入到熔融状态的硼砂浴中，用石墨或不锈钢作阳极，以工件为阴极，以0.1～0.5A/cm²的直流电在熔融的硼砂浴中进行电解渗硼。在电解渗硼过程中，在阳极上将有氧气放出，在阴极上所电解出的钠将与工件表面附近的氧化硼发生置换反应，替换出其中的硼，使之沉积在工件表面，达到渗硼的目的。电解渗硼的效率高，可在较低温度下渗硼，渗硼剂便宜，渗层深度易于控制。

电解渗硼只适用于形状简单的零件，对于形状复杂的零件，由于各部分电流密度不同，会使渗硼层厚度不均匀。另外熔融硼砂对坩埚腐蚀严重，使坩埚寿命较短。

（2）盐浴渗硼 是国内应用较多的一种渗硼法，渗硼剂的主要组成以硼砂或碱金属的氯化物为主，加入碳化硅、硅钙、铝、硅铁、锰铁等还原剂。一般情况下，渗硼温度为850～950℃，时间为3～6h。应根据钢种及服役条件确定渗硼工艺规范。

在熔融硼砂中加入氯化钠、氯化钡或碳酸盐等助熔盐类，可使渗硼温度降至700～800℃。盐浴渗硼设备简单，操作方便，渗层组织容易控制，而且能处理形状较复杂的零件。

但盐浴的活性差，工件清洗困难，坩埚寿命短，在大量生产中盐浴温度的均匀性、盐浴成分的均匀性均难保证。

此外，对心部强度要求较高的零件，渗硼后还需进行淬、回火热处理等。由于FeB相、Fe₂B相和基体的膨胀系数差别很大，在淬火加热时，硼化物不发生相变，但基体发生相变。因此渗硼层容易出现裂纹和崩落。这就要求尽可能采用缓和的冷却方法，淬火后应及时进行回火。

渗硼适应于各种成分的钢，它在多种冷、热作模具（如冷挤压模、拉丝模、冷锻模、热挤模、热锻模、压铸模等）上应用，效果非常显著。例如，45钢制硅碳棒成形模经膏剂渗硼后淬火，表面硬度达2200HV，使用寿命比不渗硼的提高3倍以上。表26-2为部分模具渗硼的强化效果，供参考。

例1：Cr12钢制电机单槽冲模，采用固体渗硼处理，渗硼剂为硼铁（硼的质量分数为15%～20%）15%，氟硼酸钾（KBF₄）5%，氧化铝粉（Al₂O₃，粒径0.18mm）80%，其工艺曲线如图26-5所示。模具渗硼后还须进行热处理，其工艺曲线如图26-6所示。经过该方法处理后的模具寿命比未渗硼的可提高2～5倍。

试验表明，渗硼层越厚，出现FeB相的倾向越大，FeB脆性大，一旦生成连续的FeB相将Fe₂B包围，在冷却过程中由于表面渗硼层和基体的膨胀系数相差较大，将产生较大的内应力，使模具在工作时，渗硼层易开裂和剥落，影响模具工作寿命。因此，必须注意防止渗硼中出现FeB。为此，渗硼层不宜太厚，一般仅需15～20μm；渗硼剂中的B₄C不应超过2%，KBF₄不超过5%，否则将出现FeB相。渗硼后直接升温淬火，因为多次反复加热和冷却，渗硼层很容易龟裂。为防止模具在高温时产生FeB，升温速度应快，加热温度应低，不超过980℃，保温时间应短。(www.xing528.com)

表26-2 部分模具渗硼的强化效果

图26-5 Cr12钢制电机单槽冲模渗硼工艺曲线

图26-6 渗硼后热处理工艺曲线

例2：Cr12MoV钢制磁性材料成形模具渗硼，块状磁性材料是由粉末压制、烧结而成的。粉末硬度高达600～700HV，生产中模具消耗很大。用Cr12MoV制造的偏转凹模，经常采用淬火回火工艺，处理后的硬度在58～60HRC（580～620HV）之间，使用半个月型腔内壁就出现压坑，使压出来的半成品容易产生开裂而报废。采用渗硼淬火、回火工艺后，模具的使用寿命提高了14倍。模具渗硼淬火后硬度为1650HV0.05，渗层深度在0.09～0.11mm，渗层为单相Fe₂B。

例3：M12螺母六角套模在工作时承受较大的挤压力和强烈的磨损，使用寿命短。材料为Cr12MoV，经1020～1040℃淬油，240℃×3h回火，硬度为58～60HRC，其服役失效为磨损、拉毛或挤裂，寿命不到1万件。同样材料采用渗硼+淬火+回火工艺，其使用寿命达到2～3万件。如改用廉价的40Cr或T10材料制造的模具，采用渗硼处理，其使用寿命也比未经渗硼处理的Cr12MoV长。