金屬熱處理實驗報告
題 目： 固體滲碳、滲硼
學 院： 化學材料與工程
專 業：
班 級：
學 號：
學生姓名 ：
指導教師 ：
一、實驗目的
1、了解滲碳、滲硼的原理；
2、掌握碳鋼的固體滲碳、滲硼工藝；
3、熟悉硬度試驗機的基本原理和操作方法。
二、實驗原理
滲碳處理包含3個基本過程。
1、分解：滲碳介質的分解產生活性碳原子；
2、吸附：活性碳原子被表面吸收后即溶到表層奧氏體中，使其含碳量增加；
3、擴散：表面含碳量增加便與心部含碳量出現濃度差，碳原子向內部擴散。
碳在鋼中的擴散速度主要取決于溫度，亦與被滲元素內外濃度差和鋼中合金元素含量有關。
滲碳后必須進行淬火才能充分發揮滲碳的有利作用。工件滲碳淬火后的表層顯微組織主要為高硬度的馬氏體加上殘余奧氏體和少量碳化物，心部組織為韌性好的低碳馬氏體或含有非馬氏體的組織。一般滲碳層深度范圍為0.8～1.2毫米，深度滲碳時可達2毫米或更深。表面硬度可達HRC58～63，心部硬度為HRC30～42。滲碳淬火后，工件表面產生壓應力，對提高工件的疲勞強度有利，被廣泛用以提高零件強度、沖擊韌性和耐磨性，借以延長零件的使用壽命。
滲硼處理是指將含硼介質中的硼原子通過加熱、保溫等過程滲入鋼鐵等合金件中的化學熱處理工藝，工業上通常采用固體法和熔鹽法。固體滲硼法采用粒狀和粉末狀介質，局部滲硼亦可采用膏劑處理，適用于幾何形狀復雜，包括帶有小孔、螺紋和盲孔的零件，應用范圍較廣。含硼介質主要由供硼劑(B4C、B-Fe、硼粉)、催滲劑(NH4Cl、NH4F等)，以及調節活性、支承工件的填料(Al2O3、SiC、SiO2等)共同組成。滲硼處理可在650～1000℃進行，常用850～950℃；保溫2～6h，不同鋼種可獲得50～200um深的滲硼層。活性低的滲硼劑形成僅可獲得Fe、B單相層，而活性較高的滲硼劑可形成雙相型(FeB+Fe2B)滲硼層；滲硼層硬度較高，可達到1300～1800HV，耐磨性比滲碳、淬火層高3倍以上，并具有很好的紅硬性，在加熱至700℃時仍能維持HV900以上的高硬度，滲硼層的耐蝕性與不銹鋼相
近。滲硼已用于處理熱作模具、石油鉆機牙輪、泥漿泵缸套、排污閥等器件，工程效果良好。
三、實驗材料及設備
1. 45鋼試樣若干，固體滲碳劑，固體滲硼劑，砂紙，粘土等
2. 箱式電阻爐、洛氏硬度計、砂輪機和預磨機、滲硼箱等
四、實驗操作過程
1、準備若干45鋼試樣，放入滲碳箱、滲硼箱中，水玻璃+粘土密封；
2、將滲碳箱放入電阻爐中，設置加熱溫度850~930℃，保溫時間2h~4h；
3、加熱完畢后，快速水淬，水溫應在10～30℃之間；
4、淬火后的試樣依次用砂輪機、預磨機磨去外層氧化皮，打磨光亮，；
5、測定試樣的表面硬度值和不同深度位置的洛氏硬度，分析其變化規律。
五、實驗內容及數據處理
1、滲碳實驗數據
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
距離表面 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
硬度HRC | 857.63 | 810.53 | 783.66 | 710.34. | 690.56. |
| | | | | |
2、滲硼實驗數據
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
距離表面 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
硬度HV | 1002.55 | 989.59 | 975.43 | 965．22 | 951．57 |
| | | | | |
五、思考題
1、實驗過程中應該有哪些注意事項？
(1)試樣在放入電阻爐前應先去除表面的氧化物，避免碳與氧化物結合而影響滲碳結果。
(2)在加熱過程中要避免溫度過高或過低、碳勢過高或過低影響滲碳質量。
(3)滲碳后需進行機械加工的工件,硬度不應高于30HRC.
(4)對于有薄壁溝槽的滲碳淬火零件,薄壁溝槽處不能先于滲碳之前加工.
(5)不得用鍍鋅的方法防滲碳.
2、分析導致滲碳后試樣外層硬度偏低的影響因素？
(1)金相組織表面有脫碳層，脫碳是因為淬火后保護不當，產生表面脫碳現象。
(2)冷卻速度太低。
(3)滲碳和淬火的溫度過高，造成淬火后表面殘余奧氏體過多。
(4)試樣的脆透性差。
(5)保溫時間過長。
3、對比分析滲硼處理試樣滲碳處理試樣的硬度曲線？
滲碳、滲硼 都隨距離表面距離的減小而增大，并且滲硼的硬度大于滲碳的硬度
4、分別闡述固體滲硼處理、液體滲硼處理的優缺點？
固體滲硼處理的優缺點：粉末滲硼時可獲得耐磨又不脫落的Fe2B相表面層，質量穩定，操作簡便。膏劑滲硼不僅可以獲得與爐子加熱條件相同的滲硼層，而且大大縮短了滲硼時間。液體滲硼處理的優缺點：電解滲硼的優點是成本低，速度快，容易調節，缺點是滲層均勻度差。鹽浴滲硼后粘附于試樣的鹽垢在處理后，甚至到淬火后仍可局部殘存，要仔細清洗
