Q345B钢膏剂感应渗硼工艺研究

　　渗硼是将金属材料置于含硼介质中，经过加热，利用他们之间的化学或者电化学反应，使硼原子渗入材料表层形成硼化物的工艺过程^[1]。渗硼化学热处理得到的渗层是高硬度、高耐磨性铁的化合物或碳化合物，层深为十几到几百微米。金属的渗硼层具有高的硬度、耐磨性、耐蚀性、抗高温氧化性和红硬性等特性^[2]。渗硼方法可分为固体、气体、膏剂和盐浴渗硼等^[3]。其中，固体渗硼应用比较广泛，膏剂渗硼是固体渗硼的一个分支，它是将渗硼剂与胶黏剂一起制成膏糊状或料浆状，涂或喷在需要渗硼的工件表面，经烘干后加热渗硼。膏剂渗硼按加热方式不同可分为炉中渗硼、 激光渗硼和感应渗硼等。激光渗硼具有能量密度高、加热时间短和工件变形小等特点^[4]。感应渗硼具有渗速快、工艺周期短和效率高等特点，可实现局部涂渗。本试验采用超音频感应渗硼， 而感应渗硼时间t、感应渗硼功率P及工件与感应圈之间的间隙a为主要变量因素。本试验通过控制变量a(不变)，分别变化P和t，以渗硼厚度和渗硼硬度为指标，研究Q345B钢膏剂感应渗硼的最佳工艺方案。

　　1 实验材料及方法

　　1.1 实验材料

　　试样材料为Q345B，尺寸为准15mm×50mm。膏剂为GSB-1型膏剂，主要成分为碳化硼、氧化硼、氟硼酸钾、无水碳酸钾、碳化硅和糊精粉[5]。保护层成分为水玻璃和耐火土。

　　1.2 试验方法

　　1.2.1 渗硼层处理

　　试验之前对试样进行精车，精车后对试样进行清洗。为了获得高质量的渗层，采用金相砂纸对试样进行金相磨光^[6]。为防止感应加热过程中膏剂出现爆开的情况，采取常温放置5h后放到100℃炉中保温的方法。另外，开始2min采用小功率进行预热。试验时，第1min和第2min所采用的振荡电流不同，即加热功率不同，第1min采用i=5A，P=2363.5W;第2min 采用i=25A，P=3380W。

　　1.2.2 感应加热时间和功率的确定

　　使用MGPS-0-30半导体变流装置进行感应渗硼，频率14～30kHz，为超音频感应设备，额定功率20kW。采用控制变量法进行试验，感应装置直流电压表显示数值用U表示，感应装置直流电流表显示数值用I表示，感应装置振荡电流表显示数值用i表示，功率P=U×I。

　　涂覆在Q345B钢表面的硼膏剂厚度统一为4mm，感应预热2min，感应线圈与试样间隙a=23.5mm，调节因素包含有效感应加热时间t(不包含预热时间)和功率。有效感应时间分别取2、4、5、6、7、8、9、10和11min，对应的试样编号分别为1#～9#，加热功率分别为 3380、3900、4140、4377.5、4892.5和5150W，对应的试样编号分别为10#～15#。