Q345钢渗淬热处理及耐磨性研究

　　0引言

　　Q345钢广泛地应用于工程机械的挖掘头、铲斗和履带等部位，在使用过程中，零部件承受反复的冲击载荷，磨料磨损是其主要的失效形式之一。因此，提高Q345钢材的耐磨性是延长零部件使用寿命的关键。本文首先对Q345钢进行稀土催渗，对渗硼层及机体进行厚度及组织分析。为了降低表层脆性，减小内应力，对比地研究了渗后正火、一次淬火和渗淬一体化3种不同热处理材料的摩擦磨损性能，测试了未处理的Q345及淬火后22SiMn2磨面结构及形貌，探讨了磨损机理。

　　1实验研究

　　(1)实验材料

　　实验所研究的试件材料是Q345钢，其化学成分如表1所示。试件的尺寸为20mm×20mm×10mm。试验所用的GSB-I型膏剂渗硼剂，其组分包括：碳化硼、氧化硼、氟硼酸钾、无水碳酸钠、碳化硅、糊精粉。添加剂为氧化铈稀土。保护层成分为：水玻璃和耐火土。

　　从渗层组织上来讲，温度越高，渗层组织表面疏松程度越严重，同时，由于Q345钢属于亚共析钢，其正常的淬火加热温度一般选择在Ac3以上30~50℃的范围内，在920℃左右。因此，确定渗硼温度920℃。利用正交实验法确定渗硼时间为7h，稀土添加为2%，渗硼后显微组织如图1所示。

　　从图1可知：Q345钢经过硼-稀土催渗得到的渗层组织结构从外到里分别为硼化物层、过渡区和基体。硼化物呈明显的连续针齿状(或指状)，以长短不齐的方式楔入基体，与基体结合牢固，渗层厚度达到85μm。渗硼后经不同方式热处理，试样断面的显微组织如图2所示。

　　从图2中可以看出，渗后正火、渗后一次淬火和渗淬一体化法得到的渗层都比较致密。从图2(d)中看出，经过单一渗硼后的渗硼层经过渗淬一体化处理后出现了许多裂纹，这主要是跟有没有加入氧化铈稀土有关，因为稀土的加入不仅能够增加渗层的厚度，而且还能够使得渗层更加致密，渗层的脆性得到显著改善，能够使渗层针齿状更明显，有利于渗层与基体的牢固结合。另外，从图2(b)、图2(c)中可知经过淬火后的Q345 钢基体组织形状为板条或针状，其中图2(c)的板条状低碳马氏体组织基体，较为理想。图2(a)中，Q345渗硼后经过正火，基体组织为铁素体和珠光体，硬度不高。 测定不同热处理方式渗硼层及机体硬度，结果如图3所示。

　　从图3中可知，正火法对渗层及机体的硬度提高有限，经过渗淬一体化法和一次淬火法处理后能够显著提高渗层及基体的显微硬度值，渗淬一体化法更能够提高基体硬度的宽度范围。

　　(2)摩擦磨损分析

　　对Q345未经任何处理试样、淬火后22SiMn2试样、单一渗硼试样、稀土催渗试样和渗淬一体化处理试样进行磨损试验，磨损失重结果如图4所示。