金属热处理实验报告
题 目： 固体渗碳、渗硼
学 院： 化学材料与工程
专 业：
班 级：
学 号：
学生姓名 ：
指导教师 ：
一、实验目的
1、了解渗碳、渗硼的原理；
2、掌握碳钢的固体渗碳、渗硼工艺；
3、熟悉硬度试验机的基本原理和操作方法。
二、实验原理
渗碳处理包含3个基本过程。
1、分解：渗碳介质的分解产生活性碳原子；
2、吸附：活性碳原子被表面吸收后即溶到表层奥氏体中，使其含碳量增加；
3、扩散：表面含碳量增加便与心部含碳量出现浓度差，碳原子向内部扩散。
碳在钢中的扩散速度主要取决于温度，亦与被渗元素内外浓度差和钢中合金元素含量有关。
渗碳后必须进行淬火才能充分发挥渗碳的有利作用。工件渗碳淬火后的表层显微组织主要为高硬度的马氏体加上残余奥氏体和少量碳化物，心部组织为韧性好的低碳马氏体或含有非马氏体的组织。一般渗碳层深度范围为0.8～1.2毫米，深度渗碳时可达2毫米或更深。表面硬度可达HRC58～63，心部硬度为HRC30～42。渗碳淬火后，工件表面产生压应力，对提高工件的疲劳强度有利，被广泛用以提高零件强度、冲击韧性和耐磨性，借以延长零件的使用寿命。
渗硼处理是指将含硼介质中的硼原子通过加热、保温等过程渗入钢铁等合金件中的化学热处理工艺，工业上通常采用固体法和熔盐法。固体渗硼法采用粒状和粉末状介质，局部渗硼亦可采用膏剂处理，适用于几何形状复杂，包括带有小孔、螺纹和盲孔的零件，应用范围较广。含硼介质主要由供硼剂(B4C、B-Fe、硼粉)、催渗剂(NH4Cl、NH4F等)，以及调节活性、支承工件的填料(Al2O3、SiC、SiO2等)共同组成。渗硼处理可在650～1000℃进行，常用850～950℃；保温2～6h，不同钢种可获得50～200um深的渗硼层。活性低的渗硼剂形成仅可获得Fe、B单相层，而活性较高的渗硼剂可形成双相型(FeB+Fe2B)渗硼层；渗硼层硬度较高，可达到1300～1800HV，耐磨性比渗碳、淬火层高3倍以上，并具有很好的红硬性，在加热至700℃时仍能维持HV900以上的高硬度，渗硼层的耐蚀性与不锈钢相
近。渗硼已用于处理热作模具、石油钻机牙轮、泥浆泵缸套、排污阀等器件，工程效果良好。
三、实验材料及设备
1. 45钢试样若干，固体渗碳剂，固体渗硼剂，砂纸，粘土等
2. 箱式电阻炉、洛氏硬度计、砂轮机和预磨机、渗硼箱等
四、实验操作过程
1、准备若干45钢试样，放入渗碳箱、渗硼箱中，水玻璃+粘土密封；
2、将渗碳箱放入电阻炉中，设置加热温度850~930℃，保温时间2h~4h；
3、加热完毕后，快速水淬，水温应在10～30℃之间；
4、淬火后的试样依次用砂轮机、预磨机磨去外层氧化皮，打磨光亮，；
5、测定试样的表面硬度值和不同深度位置的洛氏硬度，分析其变化规律。
五、实验内容及数据处理
1、渗碳实验数据
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
距离表面 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
硬度HRC | 857.63 | 810.53 | 783.66 | 710.34. | 690.56. |
| | | | | |
2、渗硼实验数据
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
距离表面 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
硬度HV | 1002.55 | 989.59 | 975.43 | 965．22 | 951．57 |
| | | | | |
五、思考题
1、实验过程中应该有哪些注意事项？
(1)试样在放入电阻炉前应先去除表面的氧化物，避免碳与氧化物结合而影响渗碳结果。
(2)在加热过程中要避免温度过高或过低、碳势过高或过低影响渗碳质量。
(3)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC.
(4)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工.
(5)不得用镀锌的方法防渗碳.
2、分析导致渗碳后试样外层硬度偏低的影响因素？
(1)金相组织表面有脱碳层，脱碳是因为淬火后保护不当，产生表面脱碳现象。
(2)冷却速度太低。
(3)渗碳和淬火的温度过高，造成淬火后表面残余奥氏体过多。
(4)试样的脆透性差。
(5)保温时间过长。
3、对比分析渗硼处理试样渗碳处理试样的硬度曲线？
渗碳、渗硼 都随距离表面距离的减小而增大，并且渗硼的硬度大于渗碳的硬度
4、分别阐述固体渗硼处理、液体渗硼处理的优缺点？
固体渗硼处理的优缺点：粉末渗硼时可获得耐磨又不脱落的Fe2B相表面层，质量稳定，操作简便。膏剂渗硼不仅可以获得与炉子加热条件相同的渗硼层，而且大大缩短了渗硼时间。液体渗硼处理的优缺点：电解渗硼的优点是成本低，速度快，容易调节，缺点是渗层均匀度差。盐浴渗硼后粘附于试样的盐垢在处理后，甚至到淬火后仍可局部残存，要仔细清洗
