注塑发泡模具制造材料的选择及热处理工艺研究

注塑发泡模具制造材料的选择及热处理工艺研究 题目注塑发泡模具制造材料的选择及热处理工艺研究摘要材料替代技术在现代工业领域中运用比较广泛，简而言之，它是利用一种新材料和适当的处理方法来替换原材料的一种手段，由于国内工厂考虑经济因素，选取这种方法可以为企业减少成本，利用不同材料改善产品性能，获得巨大的收益。了解新材料的特点和性能，从而利用其优越条件运用合理的工艺手段，能改善使用性能。获得寿命更长，使用依靠性更加牢靠的零部件，降低了国内工厂资源的成本，小支出大收益，满足了社会市场的需求。本文采用几种不同的材料通过渗硼处理，在其中找出最适合的材料替代某模具工厂采用的42CrMoV冲头，分别通过金相显微镜的组织观察、硬度的测量、快速磨损实验来检验这几种不同材料的硬度、组织、性能，观察性能是否优于42CrMoV材料原本性能。关键词：渗硼组织材料替代硬度Title:ResearchontheselectionofmoldingmaterialsandheattreatmenttechnologyofinjectionfoammoldAbstractMaterialreplacementtechnologyusedmorewidelyinmodernindustrialfield,inshort,itisakindofnewmaterialsandusingappropriatemethodstoreplaceameansofrawmaterials,duetothedomesticfactoriesconsidereconomicfactors,thisapproachcanreducecostsfortheenterprise,usedifferentmaterialtoimproveproductperformance,hugerevenues.Tounderstandthecharacteristicsandpropertiesofthenewmaterial,soastouseitssuperiorconditionsandreasonabletechnologicalmeans,canimprovetheperformance.Byobtainingpartswithlongerlifeandmorereliabledependence,thecostofdomesticfactoryresourcesisreduced,smallexpenditureandlargebenefitareobtained,andthesocialmarketdemandissatisfied.ThispaperUSESseveraldifferentmaterialsbyboronizingtreatment,inwhichtofindthemostsuitablematerialtoreplacesomemouldfactoryusing42crmovpunch,respectivelybyobservationoftheorganizationofthemetallographicmicroscope,hardnessmeasurement,rapidwearexperimentstotestthehardnessofseveraldifferentmaterials,organization,performance,observewhetherperformanceisbetterthan42crmovmaterialperformance.Keywords:BoronizingMicrostructureMaterialsubstitutionHardness目录TOC\o"1-3"\h\u1312摘要 113634Abstract 2527第一章绪论 5275191.1模具的概述 5187781.1.1模具的分类 610771.1.2模具的组成 7222861.2模具的特点及应用 9231151.2.1模具生产及模具的特点 974131.2.2模具的应用 10279741.3注塑的概述 11315111.3.1发泡的概述 11159411.3.2模具冲头 12133251.4渗硼工艺 12177111.4.1渗硼工艺的概述 12268861.4.2渗硼工艺的原理 13111971.4.3渗硼工艺的分类 14320231.4.4渗硼工艺在易磨损零件的应用 1440941.4.5渗硼工艺在模具中的应用 1520701.5固体渗硼 16318251.5.1固体渗硼概述 16320731.5.2渗硼剂的选用与使用 17183951.5.3其它元素对渗硼的影响 1831711.5.4渗硼新工艺 1827651第二章实验材料及实验内容 19142532.1研究内容 19323812.2固体渗硼实验 20155842.2.1实验材料及实验药品 20210392.2.2实验设备 21158522.2.3实验工艺流程 2188042.3组织性能表征 22158402.3.1金相实验 2243412.3.2维氏硬度实验 23262522.3.3磨损实验 2331480第三章冲头替换材料的渗硼工艺的研究 24146063.1引言 2471503.2材料渗硼的微观结构 24118633.2.1渗层的组织 24201413.2.2渗硼基体组织 2633043.3渗硼后的硬度 27170703.4渗硼后的磨损性能 309578第四章结论 30第一章绪论1.1模具的概述模具是项工具把所需要的零件一次成型。而想要得到实际需要的物品，作为一种成型工具的模具它可以利用多种方式得到，例如吹塑、锻压、冲压成型等方式。由于模具有很多，根据实际所需要的产品，模具有简易也有繁琐，它由许多个零部件构成，这种组成的零部件也不是单一不变的，不一样的模具会由不同种类的零件组成。以改变物理状态的方式来获得产品外形塑造的模具被人们称之为“工业之母”。在现如今的工业工程加工领域中，模具非常常见也不可或缺，它具有很多的优点，质量高、生产效率高、降低成本，同时也保护了环境，降低污染。制造工厂中的大部分设备都需要用到模具，模具产品逐渐应用到各个领域，呈现纵横深度同步扩展发展趋势。以汽车为代表的交通设备、冰箱洗衣机这种电子设备、和塑料制品的轻工业中大约百分之70左右的零部件都需要进行模具成型处理。因此对模具的质量、精度具有严格的要求，它们最终致使产品的合格与否。模具工业是中国所有行业和经济部门的基础产业。当今，中国正身处产业结构转型的一个紧张期间。国家对新七领域的计议是要截止至明年底增加代表着未来科技的新兴产业的价值占GDP的百分之十五。要想达到这样的目标，在国家的新七领域中，顶级配备会被现代的各种制造企业所重视，使得在国际上立足。在现代工业制造领域中，要想在高端技术立足，这一行业一定会被着重大力发展。随着社会向智能化、轻量化、个性化前进，我们对产品要求的更高，拿生活中的手机举例子每年都会更新一部至两部的新产品，所以模具产业也在不断的更新改朝换代，市场规模也是非常的庞大，为了在国际上树立自己的竞争力。中国模具产业的前进方向大体可以体现在几个方面：多功能复合模具的成长会受到越来越多的重视，因此对成型理论基础和工艺原理的研究将受到重视。通过对理论、模具成型加工工艺的研究，向更高级别的多功能复合模具迈进，进一步改良。产品开发将是大型化和精确性，各种各样的零件和小部件都已经不能满足国内市场的需求，产品的发展正朝着大型化，高精度的方向前进，而模具发展是在这方面有着相应改变。模具选择优良的材料与深化表面处理技术将受到重视，为了提高模具的使用寿命，我们一定要注意模具材料的选择和表面强化的方式。提高模具的使用寿命是工厂资源成本降低的关键所在，从而使国内生产力变的更加高效。开发设备和先进的技术用于有效，精确和数控自动化模具加工。由于数控铣床和各种检测设备的不断发展和利用，复制铣床，坐标磨床，各种数控加工电动研磨机，模具组件这类的发展使得模具的加工精度大大提高同时加工周期也被缩短，与此同时，新的模具技术也应运而生，这进一步促进了国内模具工业的发展。模具标准件的应用将受到重视，作为模具工业发展的基础，标准件模具不仅可以是提高模具质量、还可以为工业节约成本，这也是模具发展的方向。在模具设计过程中，加强计算机辅助需求和促进CAD/CAE/CAM技术的学习，这可以实现模具设计和制造的集成。1.1.1模具的分类模具的分类有很多种，根据不同的分类方式可以进行以下分类。据加工对象和加工工艺可分为：①金属的模具。②非金属和粉末冶金的模具。这些包括塑料模、橡胶模和粉末冶金模。塑料膜被分成双色模具、压塑模具和挤塑模具等根据结构的特点可被分为：模具可被进一步划分成冲裁模（平面形）和型腔模（有一定的空间）。模具通常为单件，并且以小批量产出。根据所成型的材料的不同可分为：五金模具、塑胶模具、以及其特殊模具等。五金模具包括：分为冲压模具、挤压模、压铸模和锻造模等。其中冲压模又可分为冲裁模、拉伸模、翻孔模、整形模、复合模和级进模等等。锻模具又有模锻模具、镦锻模具。非金属模具分为：塑料模具、无机非金属模具、砂型模具、真空模具和石蜡模具等。在工业的冲压生产中，冲压模是不可或缺的一种重要的工艺装置配备，实用性强，是一种技术密集型的产品。冲压件的生产效率和质量和模具的设计有着密不可分的联系，模具制造技术的水平，决策了国家的产品制造能力能否领先。冲压模具有多种形式存在，大体可依据如下的基本特点进行区分。1、根据工艺性质分类（1）冲裁模其中冲裁模是沿着封闭或敞开的轮廓分离材料。如冲头模具、冲孔模具、切割模具、修边模具等。（2）弯曲模使板料毛坯沿着直线或是弯曲线产生的弯曲变形，进而获得一定角度和形状的工件的模具。（3）拉深模拉深模是一种模具，其中毛胚坯料形成为开口形状，并且中空构件的形状和尺寸改变。（4）成形模是将毛坯或半成品工件按图凸、凹模的形状直接复制成形，而材料本身仅产生局部塑性变形的模具。如胀形模、缩口模、扩口模、起伏成形模、翻边模、整形模等。2、根据工序组合程度分类（1）单工序模在压力机的一次工作运行中，只完成一道冲压工序的模具。（2）复合模仅具有一个工作位置，并且在压力机的一次行程中，两个或更粗哦个冲压工艺的模具在同一个工作位置同时完成。（3）级进模在胚料的的进给方向上，有两个以上的工作位置，并且在压力机的一个行程中，两个或更多各冲压工艺在不同的工作位置被依次完成。1.1.2模具的组成就冲压模具来说，其模具的组成大致包括两大部分：工艺部件和结构部件，工艺零件包括工作部件（凸模、凹模）、定位部件（侧刃、块销、导料板等）、压力卸料装置及其它输送件、拆卸装置等；结构件包括导向部件（导向柱、导向衬套）、固定（凸模固定板）与紧固件（螺钉、圆柱销）、支承部件（垫板、上下模座、模柄）等等。其塑料模具的构成包含八个部分。1、成型件：芯、型腔板、型杆、侧芯等；2、浇注的部分：主流衬套、浇口衬套3、导向部件：倾斜导柱、小导柱4、推出部件：推杆、推板、推管5、侧向分离与抽芯机构：斜楔6、固定与支撑部件：上下模座、固定板、螺钉7、定位部件：定位环、定位销8、加热、冷却部件：软管、套管、密封圈1.1.3模具的制作流程一、接受任务书最终成型模具样品的任务书大部分是由设计人提出，其任务书中的具体内容如下：1.由专业人士签署，批准，正式图纸应标明等级和塑料的透明度等事宜。2.制件的技术要求。3.生产产量。4.制件样品。基于成型工件任务书和模具设计任务书，工作人员制作出最终的模具。二、搜罗、领会资料收集和组织相关零件设计，模制过程，模制设备，和机械加工的方法。理解塑料制件图。充分领略制件的使用范围，说明其具体参数，形状大小允许范围内的偏差等条件。例如制件在大小、结构、及其性能等要素的条件是什么，无论是梯度，结构，以及零件的几何方向设计都应当被适当地布置，诸如熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，和是否有电镀、随后的处理如粘结和钻孔都应被考虑。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，提前预估成型公差是否低于塑料制件的公差，以及是否能够形成所期望的塑料部件。2.分析工艺资料，通过仔细详阅工艺任务书，对设备规格、材料型号等的选用进行合理的判断，是否能进行正常的实际应用。根据实际使用的零件，模制材料应满足颜色，形状尺寸，尺寸精度，透明性，硬度，强度的技术要求和耐磨性，并具有良好的拉伸各向同性和热稳定性等。3.确定成型方法模具注塑成型方法有很多种，至于具体采用何种成型方法，需要根据具体成品制件要求及实际情况进行选择。常用的成型方式有压注成型方法、中空成型方法、挤塑成型方法等。选择成型设备成型设备是用于通过模具来生产不种类型的形成坯和成形件的装置。在现在的工业生产中通常使用的成形设备包括液压机，塑料挤出机，压铸机，塑料热成型设备，注塑机等。至于具体选择哪种设备或是说选择设备的依据是什么，前提一定要了解不同设备的结构、标准、使用范围以及性能状况之间的差异。如需要了解注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体参数在设备上会有所标注。5.具体结构方案（1）选择模具的类别。像金属模具、非金属模具、铸压模、塑料模和冲压模等。（2）选择模具类型的主要结构选择理想的模具结构要考虑的方面有两个。一是选择成型设备，二是选择合理的型腔数目。使模具的工作满足两个方面，一是制件的工艺方法，二是符合生产经济的需求。满足前者必须要确保其几何外形，粗糙度和大小尺寸。生产经济要求的是要让塑料制件的成本降低，模具持续不断的工作，提高生产力，同时减小了劳动力。三、影响模具结构的因素：1.型腔布置。设计模具时要事先算出型腔的数目，这是为了能让它与注塑机相切合，提高了塑件的精度也提高了生产的效率，一举两得，型腔数目可根据注塑机的额定锁模力、塑件精度、最大注塑量和经济性来综合考量。还要考虑型腔的布局，要同时满足主流道到各型腔流程短、各型腔从总压力中均等分得压力、型腔间距要大等要求。例如注射模，塑料制件精度为3级和3a级，重量为6克，采用硬化浇注系统，腔的数量为4-6个；塑料制件一般精度（4-5级），成型材料为部分结晶的材料，腔的数量可选择15-19个；塑料制件重量为11-15克，型的数量为8-11个；而重量为60-100克的塑料制件，型腔数取5-8个。对于无定型的塑料件，型腔的推荐数目为24-48个，16-32个和6-10个。当再继续增加塑料制件重量，多腔模具就很少被选择。2.确定分型面。选取分型面非常重要，关系到塑件的成型与脱模，因此确定分型面要有利于模具加工并且保证塑件的质量，方便脱模操作，这有利于提高制件的表面质量。3.选择正确的浇注系统与排气系统，其中浇注系统要看料流通道和分流道，还要注意进料口的形状，尺寸和位置是否合理。至于排气系统要选择适宜的排气方式，也要观察排气槽的位置，尺寸要求，使得空气能正常流通排出。4.确定顶出方式。常用的方式有以下几种：顶式杆、顶板式、套筒式、斜滑块式还有复杂的组合式。还要选择侧面凹坑缺陷的处理方法和抽芯方式。5.确定加热槽和冷却槽的大小、形状，和他们各自的加热方法，并确定加热元件的安装位置。1.2模具的特点及应用1.2.1模具生产及模具的特点.模具产业在国际上的地位举足轻重，其模具生产有着如下特点：相同处理的加工内容很繁琐，所以生产效率较低。

b)要求工作人员具有较高的技术水平。

c)模具工作部分的大小和位置，必须经过测试后确定。

d)装配之后都要经过工程试压模、调整和制作范模的程序。

e)模具的生产过程比较长，其生产成本也略高一些。

f)由于模具生产是单个物品生产，所以其生产工艺、管理形式、制造方法都有着规律性和特殊性。通过模具成型可实现少切割甚至无切削的高效率途径，生产出来的工件产品精度也提高很多，降低了表面粗糙度，大大提高了工作效率与质量其高生产率、低成本低消耗等优良特点使得其应用领域十分广泛。例如许多塑料、陶瓷和其他产品很多都是通过模具加工而成的。1.2.2模具的应用模具行业在制造业中应用非常广泛，要想快速发展工业，模具必须要放在第一位，可以说模具是机械工程的主要核心力量，如果中国要发展成为制造强国名单中的一员，势必要把模具首当其冲。据数据统计，模具加工技术生产制造出的零部件在军工领域和民生中占有相当大的比例，就贴近我们生活的物品来说，自行车、冰箱、电视、数码相机、汽车等几乎大部分产品都需要进行模具加工处理，模具离不开我们的日常生活。就注塑模具而言，由于它的复杂性，一些构造简单的模具不会用到这种技术，通常来讲，注塑模具用于工艺非常复杂的模具。注塑模具大致分为两种，分别为静模和动模，前者主要用在固定模板上，后者用于移动模板上。正是由于两种模具的融合使得注塑模具技术成长非常迅速。国际上已经有很多人士将高端技术与注塑模具工艺相结合，从而获得更高质量的模具，传统模具的制造离不开人力，这既消耗的时间成本也耗费了人力资源，且制造出来的模具效果也不是特别理想。致使生产效率低下，技术水平跟不上去，但随着注塑模具等制造方法相继出现，在与高端科技的相互融合，这为模具制造产品提高了效率。热流道技术作为注塑模具行业的一个重要转折，打破了以往的冷流道技术，解决了压力不足，温度不均匀导致产品瑕疵的问题。诸如这样的解决问题还有很多，最终的目的都是为了优化产品。随着社会节奏的加快，模具产品的各项指标上升的很快，技术含量也相应提高，我国的模具行业正向着一体化、集成化、智能化的方向迈进。不一样的零件需要不一样的模具，每种模具都有着不用的作用，有一些特殊模具如：卷边和卷铰链模具。卷边常常用在压延拉伸后盖子、盒子和锅等产品上，在电气产品如接线头、接线板高低压开关柜板面、门折页等也常用到，接线头用模具卷边后，将导线穿入孔内用冲床压扁固定，不要求圆形状，则可获得较理想又保证装配要求零件。卷铰链不同于卷边，就模具结构而言，两半圆或整圆的滚轮的端面边缘一定要有过渡圆滑连接，才能保证不留压痕，半径部位不仅硬度要够，而且要光滑，才能保证加工出的零部件光滑。像这样的弯曲零件应用广泛，如输变电、高低压开关柜、照明箱等，使的这样的卷边和卷铰链模具也广泛的应用。压印模。用足够的冲床压力将平板材料或零件压上花纹，与模具相反的字痕、图像留在平板或零件上，有凸凹筋梗，应用于符号、名字、商标等花纹图案，是一种特殊加工工艺，这种模具和加工方法大多应用于纪念章、奖章的制作，硬币的生产等。切口模。将板材边缘切成各种形状的口，使材料与板材分离，还有一种情况是在材料的边缘或材料内任何部位，切开一部分材料，剩余一部分，这些可用切口模来实现，不完全切断的切口零件，一般还要整形，切断本身是材料被破坏的塑性变形，对没有弯形的切口模应用更广泛些，如角钢、槽钢、钢管等型材，都可以在任何部位切口[6]。1.3注塑的概述注塑成型是塑料加工业的一个分支，注塑技术是增长最快的塑料加工技术。随着技术和工业时代的发展，其快速，批量，低成本的复杂形状成型在中国注塑行业迅速发展。技术的蓬勃发展在品种，规格，精度和产量上有了质的飞跃。"以塑代钢，以塑代木"已成为了现实。注塑成型有很多优异的特点，它可以使形状复杂、要求精度较高的塑料制件一次成型；可以形成具有金属嵌件的部件，使其具有良好的组装和互换性，这对塑料部件是有利的；注塑模具可以进行快速更替，生产出满足市场需要的产品，且适用于工程塑料，以获得具有特殊性能和特殊用途的产品，注塑模具因其高智能自动化，可实现完全机械式处理。注塑产品广泛应用于家电，汽车，机械，电子，建筑业，医疗卫生，农林业，轨道交通，军工航天等行业。1.3.1发泡的概述发泡技术通常说的是微孔发泡成型技术。它是在注塑、挤出中，事先将超临界态的CO2或N2注入一个特殊的装置内，从而让气体和原料充分融合后，形成单相混合溶胶：使得这种溶胶引进模具型腔或口模，使其形成巨大的压力差的变化，从而使其内部析出产生许多的原始微泡。在接下来的冷却成型时，这种混溶胶内部的原始微泡持续发展，最后得到微孔发泡的塑料制品的过程就是发泡技术。随着现在产品的多样性，人们对制件的精度偏差程度和外观要求愈加的严格，如果还是选择传统的注塑工艺进行制造，不可避免会发生许多问题，如质量存在问题存在产品变形等，广大的加工商遇到前所未有的挑战，他们需要一项新的技术从这个困境中走出来。由于原材料价格的提高，这亚洲市场带来很大的冲击，世界上很多的生产制造商面临着一大问题，中国已经不是制造低廉产品的国家，而一些国家想要在市场中占领有利位置无法避免的选择降低价格而顺应消费者的要求。随着技术的变革，精密的微发泡成型技术开始出现在了人们的面前，它打破了传统，在注塑技术上是一种变革，采用更加精密的技术减少了成品件的重量，减小了成型的时间，也提高了制件弯曲变形的稳定性，甚至可以将生产精度降低至0.001mm。显而易见，这种注塑工艺在制造高质量制件上占有不可比拟的优势。在注塑成型这一技术层面中，Trexel公司的MuCell微发泡成型工艺显现的特别有优势，其成为了应用最广泛的成型技术之一。1.3.2模具冲头冲头是一个很重要的零配件，不是一次性耗材，可反复更换新冲头，应用于冲压模具上持续冲压，将需要加工的材料产生形变，以获取成品零件。模具冲头常用的选择材料有高速钢，常见的型号有Cr12MoV、Skd61等等，也有选用钨钢进行制作模具冲头。冲头有3种类型，A型、T型、和异性冲头三类。完整的冲头使用体系还包括冲头杆、冲头螺母与冲母。不可独立作用，配合它们的完成使用。冲头加工过程经历了拉丝、切断和后续的热处理。热处理后按照尺寸，精度要求进行研磨精加工，再抛光，最后检测。冲头的发展经历了数十年，目前已经达到了数控机床一体化生产，国内一些高端技术厂家已经可以把冲头的质量规格做到更精细，精度可以达到上下偏差0.0002毫米，这在国际上也达到了顶尖水平，很难超越。然而冲头在实际应用过程中也会存在一些问题，可能会发生冲头表面拉伤，脱料时受力不均匀，冲头硬度过高，可能会存在断裂绷断等情况。面对这样的情况我们现在也在不断去寻找原因，找到更好的解决途径。1.4渗硼工艺.1.4.1渗硼工艺的概述.渗硼，从字面就可以明白是在含有硼元素的硼化剂中放入钢铁，并升温使得硼元素渗入钢铁基体的一种工艺方法，经渗硼后的工件表面渗层具有非常高的硬度和耐磨性，改善了原材料的使用性能。不同钢件进行渗硼后由于本身所含有的合金元素和碳化物含量的关系对渗硼后材料的性能效果也有很大差异。渗硼后表面的渗硼层具有较高的硬度强度、良好的耐磨性、耐腐蚀性以及红硬性等优点。早在1895年，渗硼技术已经进入了人类的研究，直到20世纪70年达已经有一部分已经投入到了实际的应用。中国大力着手研究渗硼研究也是在七十年代逐步进行。随着科技和人类的进步，人们通过对渗硼工艺的研究愈加深奥，通过研究渗硼层的产生原因、产生过程，以及对渗硼层进行了细致的研究，包括它的性能、组织和形态，使得渗硼技术在现代工业中运用自如。渗硼技术已经有了相当大的进展，在材料领域卓有成就，成为提高材料表面硬度和耐磨性的最佳方法之一。现在大量的模具也都开始采取这种的方法，效果明显，不仅提高了原材料的使用寿命和性能，同时也降低了成本，近些年来，我们国内渗硼主要有以下指标：（1）使用原来的材料通过渗硼使寿命延长。（2）用此种方式选择合适的新材料替换，从而获得优良性能。渗硼方法主要包括固体渗硼，气体渗硼，盐浴中的液体渗硼和电解盐浴中的硼化。其中固体方法和非电解熔盐方法具有广泛的应用。前者适用于复杂的几何形状，包括小孔零件，螺纹和盲孔，后者处理具有简单几何形状的部件并且需要淬火以增加渗硼后基板的强度。渗硼处理工艺可应用于很多种类的钢铁材料上，例如钴基和铁基合金，以及钛，钽和其他有色金属的材料，对金属材料进行渗硼处理，以获得与硬质合金硬度相当的表面层，以改善原来材料的耐磨性和耐腐蚀性等优良性能。1.4.2渗硼工艺的原理渗硼，是在含有硼元素的硼化剂中放入钢铁，并加热使得硼元素渗入钢铁基体的一种工艺手段，从而获得优越性能的硼化层，硼元素在高温下进入了钢铁材料表面形成渗硼层，即扩散的硼和基体金属在适合的温度下形成了化合物层。渗硼层产生原因其实是与渗硼温度和渗硼时间以及原材料基体组成有关。对于同一个型号的钢种，其渗硼层的状态主要和渗硼温度和时间有关，提供硼元素的渗硼剂也有一定的关系。因此提高渗硼能力也提高了渗硼层的形成趋势。对于钢的渗硼，在不同的温度下硼与钢会形成固溶体，由Fe-B相图可了解到，其硼在钢中最大的溶解度小于0.02％。由于温度的差异，硼和铁可能会形成δ、γ或是α固溶体，硼在α-Fe会形成置换性固溶体，在γ-Fe中形成的主要为间隙固溶体。扩散程度在间隙固溶体中会比在置换性固溶体中容易，所以硼在α-Fe中的扩散速度小于在γ-Fe中。当发生渗硼时，硼化剂能够产生非常多的B原子，期间保证密封防止氧气进入，硼元素进入钢的基体表面中，可能会形成两种硼化物，分别为Fe2B和FeB。具体形成哪种硼化物与硼含量有关，硼含量达到8.84%时会形成Fe2B。含硼量达到16.23％时会形成FeB。这两种硼化物均是稳定的化合物，但其各自的熔点和硬度略有差别，其中Fe2B的熔点是1389℃，硬度范围区间在1200至1680HV内，FeB的熔点是1550℃，硬度范围区间在1890至2340HV之内。而且，钢的成分也决定了硼化物的形貌，硼化物的平坦状态是由于钢体的含碳量和合金元素的增加，随着这两个原因的增加，硼化物会向平坦状趋势走，因为碳和合金元素会妨碍硼元素的扩散。1.4.3渗硼工艺的分类常见的渗硼工艺有固体渗硼、气体渗硼、粉末渗硼、盐浴渗硼等。其中固体渗硼工艺方法应用的较为广泛，一般形状复杂的零部件会采用这种方法，其次熔盐法渗硼也被较多应用，它主要用于形状结构简单的零部件以提高性能。固体渗硼。顾名思义，它是将需要加工处理的零件放入呈固体状态的渗硼剂中并在热处理炉子中加热至所需温度，从而形成硼化层以提高材料性能的方法。这种方法采用的设备比较简易，但这种方法也存在一定的弊端，就是实际操作过程会比较麻烦，工程量大。中型和小型的工件的渗硼一般选用颗粒状渗硼剂，大型工件或是局部渗硼一般选择膏剂渗硼剂。渗硼处理后，不同材料的钢种可获得50至200微米深的硼化层。盐浴渗硼。在盐浴中硼化。使用的盐浴是含有5％至15％氯化物盐的盐浴，基于硼砂和加入B，碳或SiC作为氯盐的盐浴。处理后，应仔细清洗附着在工件上的盐垢，因为热处理后可能会存在残存的污垢。硼化层可能是FeB或者Fe2B，也有可能为两者的混合物，至于是哪种构成与硼化剂的活性有着密不可分的联系，因此可以采取控制活性的方法获得所需要的组分。将含有铬，钼，镍和其他元素的合金钢硼化以形成合金化硼化物，在化合物层下面是硼在铁素体和渗碳体中的固溶体。硼化层的硬度会高达1300~1800HV区间内，其硼化层耐磨性高于渗碳淬火层，加热至700℃时，其硬度高于HV900。在硫酸中，稀盐酸，乙酸和在海水中，硼化层的耐腐蚀性可与不锈钢相似，并且渗硼后盐浴的性能显着。（3）气体渗硼。气体渗硼的好处是温度比较低时硼元素渗入速率快且工件变形小，不同于固体渗硼的是，它的渗硼剂不是固体而是气体存在，但由于实验过程中气氛有毒且可能会爆炸,这在实际实践中是不可行的。为了克服这个缺陷。科学实践者开创了固体气相渗硼。它是使用一种特珠的固体硼化剂，在加热和保温过程中，经剧烈而又复杂的化学反应产生渗硼气氛，在工件与渗剂不接触的情况下实现渗硼。1.4.4渗硼工艺在易磨损零件的应用汽车上有各式各样的零部件，其零部件在工作中难免会受到磨损，从而产生零件的失效，汽车出现事故等问题。为了解决这样事情的发生，可以通过渗硼的方法加工这些受损较多的零件，不仅能降低成本增加效益，还能提升零件的使用性能，采用渗硼的零件并提高零件的耐磨性和使用寿命的应用实例有：（1）采油用整体泵筒。泵筒应用于开采石油井下作业，所以其工作环境比较恶劣，因为在实际应用中会遇到石头和泥浆，其中含有很多的硬质杂粒，这对泵桶的耐磨性要求很高，因此需要有较高的硬度和耐磨性能，为了增强其耐磨性，国内已经采用了选择45号钢种通过低温状态下进行渗硼工艺，从而大大提高了表面的耐磨性能，这与我国之前采用的碳氮共渗相比，其使用效果变好了许多，改善了因表面硬度低造成泵筒磨损变形报废的现象。其使用寿命大大提高。（2）水箱拉丝机的塔轮。作为非常容易受到磨损的零部件，其提高耐磨性和硬度便显得尤为重要，国内已经有人士采用不同材料进行不同处理的实验制成了塔轮，并进行了对比分析，结果显示由45号钢进行固体渗硼处理要比20Cr渗碳和合金喷涂寿命要长，其耐磨性是喷涂合金的6倍之多。（3）采煤机截齿。它经常用于碎煤或者地道的挖掘工作，其工作环境极差，常常会出现刀头脱落、磨损等情况。因此对强度和耐磨性要求较高，可通过渗硼工艺的方法对截齿表面进行处理，获得较高硬度的渗层，现在国内有一种复合的渗硼工艺，即在传统的硼元素中添加其它的元素获得混合的渗层，这样比传统的渗硼能获得更优越的性能，寿命大大提高。1.4.5渗硼工艺在模具中的应用.（1）热作模具渗硼.热作模具通常包含热锻模具和压铸模具等，其中热断模具尺寸比较大，所以要保证它截面的各个方向位置力学性能要均衡，这就要求要有很高的淬透性能，此外，由于模具热锻的时候，会产生高温，而型腔内需要加冷却液，这一冷一热的效应，非常容易使模具疲劳出现裂纹，型腔受损非常严重，从而使得这种模具失效。这就要求其导热性要良好，降低了内外的温差，防止形成非常大的热应力，而且其工作环境非常恶劣，会受到大强度的冲击性，因此对硬度要求特别高，这也是这种模具开裂的原因之一，为了解决诸如以上这些问题，采用了渗硼处理方法。模具经渗硼后使用寿命提高了3～6倍，这类模具工作温度高，工作条件基本都是要承受高温，冷热疲劳和磨损，经渗硼后使用性能明显提高。国内已经有很多人士进行了实际零件的热作模具渗硼处理，都获得了不错的反响。（2）冷作模具渗硼冷作模具虽没有像热作模具一样工作在温度较高的环境下，但其工作中表面会发生高频率的摩擦，这就要求其要有良好的耐磨性。因此可以选择渗硼处理，提高其表面的硬度和耐磨性能，如果只需要增强表面耐磨，对其他方面要求不高的情况下，可以只对模具采取渗硼处理，因为过多的热处理工序可能会存在工件的变形或是晶粒粗大等缺陷。如果对基体强度有一定要求，渗硼后还要进行淬火和回火处理，具体情况还要根据实际情况而定。模具渗硼层具有的性能：可以获得理想的耐磨性和硬度，由于渗层中FeB和Fe2B的存在使得表面硬度大大提高，尤其是FeB的存在，此外不管是滚动磨损还是冲蚀磨损，采取这种工艺方法获得的表面层耐磨性质要比以往的渗氮或镀铬要好的多。模具渗硼后硼化层的耐磨性要比以往的渗氮和镀铬要好。耐介质腐蚀性，经这种工艺处理后的工件在硫酸、盐酸中要比在硝酸中的耐蚀性更加显著。（3）抗高温氧化性，经渗硼后的渗层拥有较高好的耐高温和抗氧化性。可在800℃以下的空气使用。(4）抗咬合性。渗硼层具有较高的抗咬合性能，与黑色金属和有色金属不易产生“咬合”现象。具体应用实例：热锻模。工作环境非常差，由于经常在高温中使用，并在工作过程中承受很多的冲击，所以使用寿命大大减少。为了解决这样的问题，可采用渗硼技术，大大提高了使用周期，使用寿命提高了1倍。降低成本的同时也创造了经济利益。拉丝模。钨钢模中存在硬质合金，这种模的寿命一般不长，这是由于合金Co要比硬质优先受到磨损。丝材在通过模口时会使得硬质相脱落，导致耐磨性能较差，通过渗硼处理可以显著提高其耐磨性。（3）冷弯模具。通常应用在汽车零部件上，但由于工作中会受到磨损，会导致零件的失效。为了提高零件的寿命和质量，可以采用渗硼与氰化结合的方式对此种模具进行处理，在通过适当的热处理手段，可以延长零件的寿命。不仅改善了零件工作中大量磨损的情况，也降低了成本，节约资源，保证了汽车的正常使用。1.5固体渗硼1.5.1固体渗硼概述固体法渗硼是将需要加工的零部件与事先配制好的硼化剂放入在一个密封的坩埚或是密封效果较好的耐高温容器中，然后将坩埚或是容器放入加热炉中加热至所需要的温度，保温几个小时，这时工件表面会有渗层的出现，以达到强化性能的目的，这就是固体渗硼的技术方法。固体渗硼它的操作设备不需要很多，工序也不麻烦，但是需要较多的劳动量。渗硼后的工件表面呈银灰色，表示渗硼成功，渗后的硼化剂经过处理可以反复的利用，节省了资源成本，这也是固体渗硼的一大优点，固体渗硼是应用比较多的一种手段。固体渗硼技术在材料工程领域中发挥了其重要的作用，再很多模具方面的运用都起到了巨大的收益，这为材料领域和社会都带来了好处和效益。不仅仅在模具方便起到了关键作用，这种方法也应用在许多其它工作环境下，例如在石油开采方向上，采用渗硼技术提高了阀杆和钢制分离器的性能和寿命。此外，渗硼还应用在泥浆泵钢套和可锻铸铁制件上，随着固体渗硼技术日益成熟，其应用越来越广泛，创造的价值和收益也越来越多。影响固体渗硼效果的参数主要有两个，分别是渗硼的温度和保温时间的长短，当渗硼温度过低时，可能会存在渗硼的速度非常慢或者无法出现渗层，达不到想要的效果，但经过适当增高温度可减少渗硼的时间，但温度不宜过高，当温度高于1000摄氏度时，渗层变会变得十分不稳定，容易脱落，组织疏松。进而影响渗层强度。在设定同样的温度时，保温时间的长短直接影响着渗层的厚度，在一定范围内渗层会随着保温时间的增加而增厚，但超过一定时间，厚度不但不能有效增加，还会影响渗硼效果和组织性能。这势必会浪费时间和资源，因此选择合适的温度和时间便显得尤为重要。此外，硼化剂的颗粒度也很关键，它对渗硼效果的影响也起着至关重要的作用，适当的减小粒度会使渗层厚度增加，但如果颗粒太细，会导致透气性变低。1.5.2渗硼剂的使用.固体渗硼剂其中主要涉及的成分有碳化硼、硼铁、硼砂、氟硼酸钾、碳化硅等。它由供硼剂、活化剂和填充剂组成。硼化剂中的供硼剂现在大部分都是以碳化硼或硼矿铁为主，他们有各自的特点，碳化硼具有较高的硼化趋势，成分十分稳定，但价格较高；但硼矿铁硼化趋势较低，价格却很低。由于有催渗剂（和催化剂不同，但都能提高渗入速率）的存在，且碳化硼本身有比较高的硼化趋势，所以渗硼剂中可以少添加碳化硼，以增加效益。虽然碳化硼本身价格昂贵，但是实际需要添加的量并不多，而硼矿铁则需要添加的量比叫多，所以综合来看，碳化硼的使用效益更大。最好选择碳化硼作为固体渗硼剂。催渗剂在渗硼中起了很重要的角色，在参与反应时有物质的消耗，其中催渗剂中的重要组成成分是氟硼酸钾。尽管平时使用的很多固体渗硼剂是碳化硼或硼铁合金系列，但由于原料价格昂贵，固体渗硼工艺的普及和实际应用受到一定程度的限制。由于硼砂的低成本所以它一直是液体渗硼的主要原料。最近几年，硼砂已被研究作为硼源的固体硼化剂，可显着降低成本，硼砂已经成功应用于耐火砖模具。固体渗硼剂现有粉状、粒状和膏状。其中最佳的选择是粉状渗硼剂，采用这种渗剂进行渗硼，不仅活性好，渗硼效率高，在渗硼后，也不需要进行特殊清洗，渗硼零件表面无杂质黏着。减少了仔细清洗的工序，并且这种渗剂成本低廉。现在这种渗剂的应用也变得十分普遍。1.5.3其它元素对渗硼的影响（1）稀土对渗硼层的影响有研究表明，稀土元素的添加会影响渗层的硬度和耐磨性。渗层的硬度与稀土元素的多少呈线性关系，硬度的增加与稀土元素的增加有着必然联系，但是这种线性关系并不十分陡峭，如果继续增多稀土元素反而会降低渗硼层的硬度。组织的变化是硬度变化的核心所在，稀土元素正是改变了渗层的组织才使得硬度发生改变，适量的稀土可获得单一的渗层，而过量的稀土会使渗层变得不稳定，疏松，从而降低了硬度。也有研究显示，稀土的存在会提高耐磨性能，使用寿命会比原来提高几倍，对抗磨粒磨损性能十分有利。（2）微量稀土和铬对渗硼层的影响微量稀土元素会提高渗层的黏着磨损性能、渗层抗压强度和承载能力。此外铬元素的添加可以降低渗层的脆性，大大提高了渗层的稳定性，防止脱落。（3）稀土和钛对渗硼层的影响适量的稀土元素和钛合金也会对渗硼层有一定的影响。两者的结合使渗层变得致密，显著提高渗层的表面硬度，使之具有较高的耐磨性、耐蚀性和热疲劳性。1.5.4渗硼新工艺（1）自蔓延高温渗硼这种渗硼工艺方法就是将剧烈的化学反应所产生的热量，对零件加热，它释放的热量温度很高，能瞬间产生高温并急剧加热。经历高温过后使带有硼元素的硼化剂与零件表面相互渗透，进而在零件表层形成硼化层。这么高的温度前提下，从一个角度来讲渗剂和零件表面会形成渗层。从另外一个角度来讲，硼化物与γ-Fe发生共晶反应在工件表面形成了微溶薄层，致使硼的转移与扩散都在液相中进行。而且物质在液相中比在固相中的扩散速度快，所以渗硼时间大为缩短，渗硼效率明显提高，总结来说，自蔓延高温渗硼共晶化处理可以在极短的时间内在工件表面形成一层厚度均匀的渗硼层，而且可使渗硼层韧性提高、脆性降低，综合性能得到改善[16]。多元渗硼顾名思义，除了硼元素还需要同时添加其它种类的元素，可以是铬、钒等与硼共同渗入钢铁表面，形成多种化合物层，这种方式获得的渗层要比单一渗硼具有更加优越的使用性能。这种渗硼工艺不同于普通的渗硼，由于添加了多种元素，使获得的渗层性能要比FeB或Fe2B的硼层更加优良，在冷作或者热作模具钢上获得多元的渗层，会延长模具的使用寿命。获得的经济效益也大大增加，我国现有的与硼元素共渗的有如下几种。硼稀土共渗。与单一的硼元素渗层相比，由于稀土的加入，渗层会更加致密，从而增加了强度，硼层脱落性也会减少。现在这种共渗可以采用固体粉末和盐浴的方法进行渗硼，其中固体粉末的方法获得的硼化层要比只有硼元素的渗层更厚，渗层嵌入基体的程度更高，渗层更加致密，强度也大大提升。使用寿命延长了近1倍，通过盐浴渗硼的与稀土共渗也会获得较好的性能，提高了耐磨性和韧性。硼钒共渗。顾名思义，打破了传统的渗硼方式，添加了钒元素实现二元共渗，这种方法在零件表面产生的渗层更加耐磨，硬度较高。通常采用的渗硼方式有固体粉末法和盐浴法。其中前者共渗的渗层致密，无脆性相，硬度很高。共渗剂主要成分为：粉末状硼铁合金，钒铁合金，氟硼酸钾，碳化硅等。后者共渗后与前者相比有着一样的性能提升，只不过这种方式渗硼后的零件表面无需清理，清洁度很高，比较方便，盐浴的关键组分为：硼砂，五氧化二钒。第二章实验材料及实验内容2.1研究内容现有一个某模具工厂使用的汽车方向盘的模具冲头，通过调查可知这是一批来自国外购买的材料，价格非常昂贵，现不知道其具体材料成分。这批模具冲头已经失效了，通过硬度测试仪等各种检测工具测出这种材料的心部硬度为52HRC，表层是原材料经过某种表面处理方法形成的，其硬度在770至860HV，根据不同钢种工艺手册和相关资料分析，推测其基体材料是42CrMoV，其表层之所以硬度提升可能是通过碳氮共渗、气体氮化或辉光离子氮化中其中的一种表面处理方法进行处理的。根据分析，气体氮化工序过于繁琐，并且C、N共渗温度要在830摄氏度以上，对于这种型号的钢材达不到52HRC的心部硬度。由此可以排除这两种可能，进而推断这种来自某模具厂使用的模具冲头其表层是事先经过调质处理，辉光离子氮化过程，将基体淬火并进行高温回火，通过查阅相关资料分析这种原材料的成分如下表1所示：原材料的元素重量百分比（%）CNSiMoVCrMnFe5.357.481.592.160.798.641.1772.83现在想要替换这种材料，进行不同的处理，来代替42CrMoV的辉光离子氮化工艺，使得获得相同的性能或是更加优异的性能。通过查阅相关资料，渗硼处理可以使材料表面获得较高的硬度，和一定的耐磨性等优良性能，解决有些模具冲头因实际工作中要受到较大的冲击硬度不足而产生的断裂失效、弯曲等情况。故本次实验选用的6种不同型号的钢种进行渗硼，从中找出能否有合适的材料来代替原材料，达到理想的性能并可以减少生产成本的目的。2.2固体渗硼实验渗硼的工艺有很多，如固体渗硼、气体渗硼、盐浴渗硼等。本次实验将采取的是固体渗硼方式进行实验，是将需要加工的零部件与事先配制好的硼化剂放入在一个密封的坩埚或是密封效果较好的耐高温容器中，然后将坩埚或是容器放入加热炉中加热至所需要的温度，保温几个小时，这时工件表面会有渗层的出现，以达到强化性能的目的，这就是固体渗硼的技术方法。这种方式应用的范围非常广泛，相比于气体渗硼而言，后者虽然渗入速率比较快，但是由于其渗剂是气体形式存在，由于实验中产生化学反应，气氛有毒并有发生爆炸的危险，对实验室危害较大，因此不选此种方式。而盐浴渗硼可能会存在残存的污垢，不易清理，相比这两种方法，固体渗硼比较简单，而且实验室内的渗剂含有碳化硼，这比大多数用的硼化铁效果好，碳化硼本身有较高的硼化趋势，成分也十分稳定，而这种固体渗硼剂可进行反复利用，新实验材料工件较多，这也为实验室节约了成本经费，加上本次实验目的是找出合适的材料来代替42CrMoV模具冲头，采用同一种渗硼工艺进行定量分析，实验结果也比较牢靠。2.2.1实验材料及实验药品实验所选择的材料如表2所示：实验材料的重量百分比(%)实验材料/元素CFeSiNiCrAlMnTi20钢4.8294.880.3奥氏体不锈钢70.760.539.3617.810.610.935CrNiMo4.2489.260.773.851.320.5740Cr4.093.750.27≤0.301.00.65Cr12MoV1.5686.490.200.1011.500.1545钢0.4697.880.66规格为（20mm*10mm*6mm)，实验中还用到280目、400目、600目、800目、1000目和1200目等不同型号的砂纸，抛光布，抛光剂，便签袋、吹风机。渗硼剂，不同直径大小的坩埚，渗硼坩埚密封用的水玻璃和碳化硅，奥氏体不锈钢用三氯化铁腐蚀，其余型号的钢种用百分之四浓度的硝酸酒精溶液。2.2.2实验设备实验过程中使用的实验设备有：1、金相抛光机PG-2C2、FM700型显微硬度计3、洛氏硬度计4、RX3-30-13箱式电炉（见图三）5、金相显微镜6、快速磨损试验机图a箱式电炉2.2.3实验工艺流程六种不同材料的渗硼工艺步骤如下：将这六种不同的材料分别进行线切割，每种材料切割成2份，然后分别用280目、400目、600目、800目、1000目和1200目等不同型号的砂纸进行打磨试样，去除表面的氧化层和铁锈，打磨至无明显划痕即可。用抛光剂和抛光剂进行试样的抛光处理，并用酒精清洗，以存备用准备数个坩埚，在坩埚底部填入一部分渗硼剂，分别将不同材料的钢种放入坩埚内，并填满渗硼剂，盖好坩埚，并用铁丝将坩埚系紧，防止高温被氧化。制备坩埚密封剂，用水玻璃和碳化硅进行搅拌，搅拌至稀泥状，然后涂抹至坩埚盖四周的缝隙，以防空气杂质的流入。将箱式电阻炉温度设定为850℃，待温度稳定后，把坩埚用坩埚钳放入加热炉中，保温5个小时，然后取出坩埚空冷至室温。待坩埚空冷至室温时，打开坩埚，取出试样，观察表面是否渗硼成功。取出试样后，对试样表面进行清洗打磨至光滑，用金相显微镜、显微硬度测试仪、洛氏硬度仪进行数据检测和金相组织的的观察。进行快速磨损实验，检测其性能。2.3组织性能表征2.3.1金相实验本次实验应用的是倒置式金相显微镜，通过渗硼处理后的样品依此经过不同型号的砂纸打磨并抛光至光亮无划痕为止，然后采用该仪器观察其渗层组织样貌和基体组织，并测出硼层厚度值，在电脑中存储实验照片备份。型号为EOIPHOT300制造商：日本尼康Nikon（见图b），EPIPHOT300金相显微镜主要用于金相组织，涂膜，新型材料，纤维等材料的表面形貌观察。该仪器使用简洁方便，不仅可以观察组织形态，还可以随时存储观察到的组织照片，不同倍数可以相互调节，在电脑上可以直接做厚度测量等图像分析的工作。主要技术特点及主要参数：1、具有敏感长，偏振，DIC微分干涉观察功能；2、具有明暗场。3、配备Nikon995数码相机，具有数码摄影功能，计算机成像与分析系统，也可拍摄图四金相显微镜4X5英寸底片和135mm胶卷。图b图b金相显微镜5、更加配置了0.8-2.0X的连续变倍装置,就是在同样的物镜下可以使用更多倍率的观察；2.3.2维氏硬度实验图图c维氏硬度计本次实验采用HV-1000型维氏硬度计（见图c）。维氏硬度计测量原理是反映被测物体对抗另一硬物体压入的能力，将打磨好的样品放在载物台上，调节好样品的位置，观察镜头的光点是否在需要观察位置处，然后选择加载力，在电脑上单击加压，金刚石加压头会自动转动，在试样表面施加压力，电脑上会呈现菱形的凹坑，通过测量其对角线，电脑自动生成其显微硬度值，显微硬度计算公式如下：有公式：Hv=1854.4P/d²其中：Hv为维氏硬度值，单位kgf/mm²；P为载荷，单位kgf；d是菱形压痕的对角线长度，单位mm²，该实验采用的是500倍的放大倍数。2.3.3磨损实验本实验采用SKODA快速磨损试验机，因为最终的目的是要将选择的材料应用于汽车零件上，所以有必要进行磨损实验测试，测试其耐磨性能是否可以应用到模具冲头，磨损试验是测定材料耐磨能力的一种判定方法，可以通过测量磨损试验前后工件的质量差来判断，也有其它的如测体积法、化学分析法等等。本次实验采取的是测重的方法来判断这六种型号钢的磨损量，由于磨损试验会受到多种因素的影响，如温度、风速、空气中的粉尘介质等外界因素，所以应尽可能保持实验的统一性和定量性，确保可以根据结果进行定量分析。SKODA快速磨损试验机的主要技术参数有：实验磨轮外径Φ30，厚2.5mm；钳口宽度：80mm；钳口张开值：80mm；试样载荷：0.5～20kg；深度测量范围：2～5mm；转速：3000rpm。第三章冲头替换材料的渗硼工艺的研究3.1引言本文采用固体渗硼法对六种不同的材料进行渗硼，渗硼的温度为850℃，保温时长5h。然后应用金相显微、洛氏硬度计、显微硬度计、快速磨损实验观察渗硼后的渗层形貌、组织和性能，并在其中找到能替换原材料的材料。3.2材料渗硼的微观结构3.2.1渗层的组织下图所示为六种材料渗硼后的渗层形貌金相图片，可以观察到20钢的硼化层呈锯齿状（见图一），锯齿尖细且渗层连续，但不够致密，渗层前沿独立齿点较多，存在齿的分叉和斜齿现象，渗硼后的渗层厚度为36、642μm，渗硼层组织主要为FeB，这种钢属于优质碳素钢，其强度低，但韧性、塑性比较好；5CrNiMo钢（见图二位于图片上方）具有良好的韧性、强度和高耐磨性，属热作模具钢，其渗硼层为锯齿状，锯齿连续致密，存在斜齿，渗硼层厚度为50.435μm，渗硼组织为Fe2B；奥氏体不锈钢指在常温下具有奥氏体组织的不锈钢（如图二位于图片下方），具有高韧性和塑性，耐晶间腐蚀性能，但强度较低。渗硼后渗层的厚度为14.445μm，渗硼层组织为Fe2B，渗硼层的形貌是光亮的、平坦均匀的，由于不锈钢中的合金元素较多，尤其是Cr的含量，Cr是碳化物形成元素，弱化了锯齿的尖端，使渗层形貌变得平坦[21]。图三为45钢的渗层组织形貌，可以看到其渗层特别致密平均，硼化物嵌入基体中，结合较为牢固，渗层厚度为37.323μm，由于其渗层致密，所以其耐蚀性非常好，但在硝酸中耐蚀性较差。图四为40Cr的渗层形貌，渗层呈锯齿状，渗层较为连续，不够致密，也存在斜齿和交叉齿的情况，渗层厚度平均为33.089μm，渗层组织为Fe2B，如对抗腐蚀性要求较高的工件，此种不适合推荐，因为渗层的致密性决定了抗腐蚀性的优异，抗腐蚀性越好，渗层必须要求致密，但从图中可以看出渗层存在空隙，不是特别致密。图五为Cr12MoV的渗层组织，可以看到渗层较为致密，呈锯齿形，但齿形尖端比较平坦，有空洞的存在，这可能与钢中的含碳量和合金元素有关，因为会抑制硼元素的扩散，其渗层厚度在14.315μm。3.2.2渗硼基体组织下图为20钢、5CrNiMo、奥氏体不锈钢、40Cr、45钢、Cr12MoV渗硼后渗层下方的基体组织，20钢（见图六）的基体组织为铁素体+珠光体，因为20钢渗硼层不够致密，故会使渗硼后的20钢产生脆性；45钢为亚共析钢，（见图七）渗层下方的基体组织为铁素体+珠光体，因为其渗层状态比较平均致密，其耐蚀性能较好，硼化物牢固的嵌入基体内，其表面硬度提高很多；40Cr为亚共析钢，（见图九），从图中可明显看到，从过渡区到基体组织中，其P的含量越来越多。这是因为渗硼中的大部分的C不会熔于硼化物中，都存在于过渡区，其空冷后基体组织为铁素体+珠光体的混合物，从图中可以看到过渡区的晶粒也比较粗大，经渗硼处理后该型号钢表面硬度也提高了很多，增强了零件使用性能；5CrNiMo钢（图八)是亚共析钢，渗硼层组织致密，渗硼脆性小，渗硼后具有很高的耐磨性，而且还能成倍的提高寿命。奥氏体不锈钢（见图十）基体组织为奥氏体，具有高韧性耐腐蚀能力，但其耐磨性差，渗硼后奥氏体不锈钢的耐磨性增强，使用寿命也延长[22]。Cr12MoV是一种冷作模具钢，属于莱氏体钢，由于其组织中会存在较多的共晶碳化物。为了要增强其使用性能，可采取渗硼处理的方法改善由于热处理可能会出现的裂纹等情况。图六20钢渗层下方组织图六20钢渗层下方组织图七45钢渗层下方组织图八5CrNiMo渗层下方组织图九（b)40Cr渗层下方组织图八5CrNiMo渗层下方组织图九（b)40Cr渗层下方组