硼对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响

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新型耐磨材料含碳化物的等温淬火球墨铸铁CADI简介全

新型耐磨材料——含碳化物的等温淬火球墨铸铁摘要：CADI是一种新型耐磨材料，具有较高的耐磨性和较好的强韧性，广泛应用于机械制造领域,越来越收到人们的重视。

本文详细介绍了CADI的主要元素的作用及其含量范围、等温淬火热处理工艺、CADI显微组织和性能特点，并举例说明了CADI在矿山和农机等上面的应用。

关键词：耐磨材料 CADI 等温淬火奥铁体1、我国耐磨材料现状在冶金、矿山、港口、电力、煤炭、建材及军事等各个工业门中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效。

材料磨损虽然很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。

2004年北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示，磨损损失了世界一次能源的三分之一。

我国每年因磨损造成的经济损失在1000亿元人民币以上，仅磨料磨损每年就要消耗30多万吨金属耐磨材料，且还以每年15%的速度在增长。

高寿命耐磨材料的研制和使用，关系到国民经济的长期稳定发展。

我国常使用的耐磨材料有普通白口铸铁、高锰钢、镍硬铸铁和铬系白口铸铁，然而他们都有自己的缺点，在使用过程中常常达不到理想的效果。

普通白口铸铁韧性较低，高锰钢在低冲击载荷下加工硬化能力差，高铬铸铁在腐蚀性介质的湿磨损条件下耐磨优势不大。

但是，有一种新型耐磨材料能够克服这些缺点，而且它具有较高的强韧性、耐磨性和良好的综合力学性能。

这种新型耐磨材料就是含碳化物的等温淬火球墨铸铁，即CADI，本文对其进行了介绍。

2、CADI的制备CADI的制备主要分为两个步骤。

第一步，要熔炼浇注出合格的球铁毛坯试样，在熔炼时要注意获得较高的球化率和一定的碳化物含量，材料的化学成分设计也十分重要。

第二步，对试样进行等温淬火热处理。

2.1 化学成分熔炼时加入合金的目的第一是增加淬透性，能保证等温淬火时组织的均匀性。

第二是改变低碳球铁C 曲线的形状和位置，让C 曲线右移，并使其形状变为具有2 个鼻子、贝氏体转变区鼻子突出的S 曲线。

另外，与ADI相比较，CADI中含有碳化物，所以在成分设计时要加入一些碳化物形成元素如Cr等。

钒对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织及性能的影响_马永华

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Aug. 2011 Vol.60 No.8
×××××× 应用技术
铸造
FOUNDRY
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钒对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织及性能的影响
马永华，孙玉福，赵靖宇，肖志云，杨会龙，王刘利，王璐，司光东
（郑州大学材料科学与工程学院，河南郑州 450002）
摘要：研究了钒对含碳化物等温淬火球墨铸铁（CAD）I 的组织、力学性能及耐磨性能的影响。结果表明，铸态下，随
0.8%的标准Y型试块。造型采用湿型砂，50%新砂，样，共浇注了5个试样，经光谱分析，化学成分如表1所示。
收稿日期：2011-04-13收到初稿，2011-05-07收到修订稿。
作者简介：马永华（1984-），男，硕士生，从事抗磨耐热材料的研究工作。E-mail：mayonghua8@
机、矿山机械和建筑机械等的抗磨零件。目前，关于将试样在电阻炉中加热到900 ℃使其奥氏体化，保温
钒对 CADI组织中碳化物结构和数量的影响、钒对 90 min后将试样淬入等温盐浴槽中（淬火介质为50%
CADI中贝氏体的影响、以及钒对CADI力学性能的影响研究较少。本试验通过添加钒研究了钒对CADI组织
KNO3+25% NaNO3+25% NaNO）2 ，等温温度为 250 ℃ ，保温时间为90 min，然后空冷。从热处理后的试块上用
及性能的影响，并获得了具有最佳性能试样的含钒量。线切割截取拉伸试样、冲击试样及磨损试样，拉伸试样
1 试样制备
尺寸按GB1348-1988进行截取，冲击试样尺寸为10 mm× 10 mm×55 mm，磨损试样的尺寸为Φ5 mm×15 mm。

硼元素对钢性能的影响及其的测定方法

硼元素对钢性能的影响及其的测定方法前言：硼作为一种合金元素在钢中应用的时间并不长最早把硼作为合金元素的工业化应用是在1934年，目的是为了增加钢的淬透性。

人民研究发现微量的硼就可以极大的提高钢的淬透性，而其他贵重元素如铬、镍、锰等要达到同样的效果则其含量必须是硼的含量的几十倍甚至上百倍。

硼作为提高淬透性合金元素，在钢中的含量较低，一般低于30X10-6（质量分数）。

当硼的质量分数超过0.01%时，组织中出现硬脆的硼化物，此时的钢的韧性较低。

因为硼是地壳中含量相对丰富的一种元素，将其作为合金元素来应用，可以大量节省贵重元素，对工业生产和国防建设都有积极的意义。

摘要：硼铁基合金，淬透性，硼耐热钢，溶解度，硼钢淬透性，热稳定性1.硼铁基合金是一种新型的耐磨材料。

目前对含碳化物耐磨相的耐磨材料的研究较多，但是对含硼化物耐磨相的耐磨材料的研究相对较少。

对此种材料的基础研究，也是期望能够在耐磨性能不下降的情况下，减少贵重元素的假如，降低材料成本。

此种材料的设计思路是将钢中硼的质量分钟控制在0.5%~3.8%之间，由于硼在铁中的溶解度极低（硼在α-Fe中的溶解度小于0.0004%，在γ-Fe中的溶解度也只有0.02%）所以加入的硼大多行程硼化物，硼化物具有非常高的硬度（如硼与铁生成的Fe2B硬度为HV1400~1500）和热稳定性，因此是良好的耐磨相。

同事通过调节碳含量来控制集体的组织和性能，从而获得一种综合性能良好的耐磨材料。

以微量硼作为合金元素、借助其提高淬透性的作用而改善钢的性能和节省合金元素的一种合金结构钢。

故此，一般说它不包括利用硼的其他一些性能的含硼耐热钢、不锈钢、原子能用钢等。

简史大约在1921年第一次发现硼在钢中的淬透性效果；到1935年左右在实际生产中验证了硼的这种作用，并找到加硼的正确方法；1937年硼钢正式进入工业生产和实际应用阶段。

2硼钢的生产和研究至今已经有60余年的历史，大致可分为三个阶段。

新型耐磨材料含碳化物的等温淬火球墨铸铁CADI简介全

新型耐磨材料——含碳化物的等温淬火球墨铸铁摘要：CADI是一种新型耐磨材料，具有较高的耐磨性和较好的强韧性，广泛应用于机械制造领域，越来越收到人们的重视。

本文详细介绍了CADI的主要元素的作用及其含量范围、等温淬火热处理工艺、CAD I显微组织和性能特点，并举例说明了CADI在矿山和农机等上面的应用。

关键词：耐磨材料CADI 等温淬火奥铁体1、我国耐磨材料现状在冶金、矿山、港口、电力、煤炭、建材及军事等各个工业门中，许多工件及设备由于磨损而迅速失效。

材料磨损虽然很少引起金属工件灾难性的危害，但其造成的经济损失却是相当惊人的。

2004 年北京摩擦学科与工程前沿研讨会的资料显示，磨损损失了世界一次能源的三分之一。

我国每年因磨损造成的经济损失在1000 亿元人民币以上，仅磨料磨损每年就要消耗30 多万吨金属耐磨材料，且还以每年15%的速度在增长。

高寿命耐磨材料的研制和使用，关系到国民经济的长期稳定发展。

我国常使用的耐磨材料有普通白口铸铁、高锰钢、镍硬铸铁和铬系白口铸铁，然而他们都有自己的缺点，在使用过程中常常达不到理想的效果。

普通白口铸铁韧性较低，高锰钢在低冲击载荷下加工硬化能力差，高铬铸铁在腐蚀性介质的湿磨损条件下耐磨优势不大。

但是，有一种新型耐磨材料能够克服这些缺点，而且它具有较高的强韧性、耐磨性和良好的综合力学性能。

这种新型耐磨材料就是含碳化物的等温淬火球墨铸铁，即CADI,本文对其进行了介绍。

2、CADI的制备CADI 的制备主要分为两个步骤。

第一步，要熔炼浇注出合格的球铁毛坯试样，在熔炼时要注意获得较高的球化率和一定的碳化物含量，材料的化学成分设计也十分重要。

第二步，对试样进行等温淬火热处理。

2.1化学成分熔炼时加入合金的目的第一是增加淬透性，能保证等温淬火时组织的均匀性。

第二是改变低碳球铁 C 曲线的形状和位置，让 C 曲线右移，并使其形状变为具有2个鼻子、贝氏体转变区鼻子突出的S曲线。

另外，与ADI相比较，CADI 中含有碳化物，所以在成分设计时要加入一些碳化物形成元素如Cr等。

淬火温度对含硼高铬白口铸铁组织和性能的影响

收稿日期:2010205205; 修订日期:2010206211作者简介:穆　晶(19832　),女,辽宁开原人,硕士生.主要从事耐磨材料及金属热处理研究.Em ail :dongsheng0812@Vol.31No.9Sep.2010铸造技术FOUNDR Y TECHNOLO GY淬火温度对含硼高铬白口铸铁组织和性能的影响穆　晶1,辛啟斌1,王琳琳1,曹海叶1,陈康生2(1.东北大学材料与冶金学院,辽宁沈阳110004;2.首秦金属材料有限公司,河北秦皇岛066326)摘要:研究淬火温度对不同含硼量高铬白口铸铁组织、力学性能和耐磨性的影响。

试验结果表明,随着淬火温度的升高,冲击韧度先降低后升高,并在1000℃淬火的冲击韧度最低,硬度则表现出了相反的规律。

硼含量为0.32%的高铬白口铸铁在1050℃淬火时综合力学性能最佳,宏观硬度为53.6HRC ,冲击韧度为5.2J /cm 2,相对耐磨性为1.020。

关键词:含硼高铬白口铸铁;淬火温度;显微组织;力学性能;耐磨性中图分类号:T G252 文献标识码:A 文章编号:100028365(2010)0921177205Eff e c t s of Q ue nc hi n g Te mp e r a t ur e o n S t r uc t ur e a n d Pr op e rti e s ofB o r o n 2c o nt ai ni n g Hi g h 2Cr Whit e Ca s t Ir o nMU Jing 1,XIN Q i 2bin 1,WANG Lin 2lin 1,CAO H ai 2ye 1,CHEN K ang 2sheng 2(1.Material and Metallurgy School of Northeastern U niversity ,Shenyang 110004,China ;2.Shouqin metal materi 2als Co.,Ltd.,Q inhuangdao 066326,China)Abs t rac t :Different quenching temperature s are employed to re search the effect of quenchingtemperature on the micro structure ,mechanical and wear re sistance of boron 2containing H igh 2Cr white cast iron.The re sults indicate that with increasing of quenching temperature ,impact toughne ss decrease s at first and then increase s ,and it reache s a minimum value when the quenching temperature is 1000℃,and the law is contrary to that of hardne ss.The temperature ,at which the combination mechanical propertie s of H igh 2Cr white iron with 0.32%boron is be st ,is 1050℃,and the hardne ss is HRC 53.6,the impact toughne ss is up to 5.2J /cm 2,meanwhile the relative wear re sistance is 1.020.Ke y w ords :Boron 2containing high 2Cr white cast iron ;Quenching temperature ;Micro structure ;Me 2chanical property ;Wear re sistance 高铬白口铸铁因具有较高的硬度、适宜的冲击韧度及良好的耐磨性而广泛应用于水泥、电力、矿山、冶金等行业。

各种元素对铸铁组织性能的影响

各种元素对铸铁组织性能的影响1.C碳是铸铁的基本组元，在铸铁中的存在形式主要有两种，一种是以游离碳石墨的形式存在，另一种是以化合碳渗碳体的形式存在，也正是碳在铸铁中的这种存在形式可把铸铁分成许多类型可把铸铁分成许多类型,在灰铸铁中，碳的质量分数控制在2.7%-3.8%的范围内，碳主要以片状石墨形式存在，高碳灰铸铁的金相组织为铁素体和粗大的片状石墨，机械强度和硬度较低，但挠度较好；低碳灰铸铁的金相组织为珠光体和细小的片状石墨，有较高的机械强度和硬度，但挠度较差。

由于灰铸铁的成分位于共晶点附近，因此具有良好的铸造性能。

对于亚共晶范围的灰铸铁，增加碳含量能提高流动性，反之，对于过共晶范围的灰铸铁，只有降低碳含量才能提高流动性。

在QT中含C量高，析出的石墨数量多，石墨球数多，球径尺寸小，圆整度增加。

提高含C量可以减小缩松体积，减小缩松面积，使铸件致密。

但是含C量过高则降低缩松作用不明显，反而出现严重的石墨漂浮，且为保证球化所需要的残余Mg量要增多。

2.Si硅是铸铁的常存五元素之一，能减少碳在液态和固态铁中的溶解度，促进石墨的析出，因此是促进石墨化的元素，其作用为碳的1/3 左右，故增加硅量会增加石墨的数量，也会使石墨粗大；反之，减少硅量，会使石墨细小。

在灰铸铁中，硅的质量分数控制在1.1%-2.7%的范围内，一般碳硅含量低可获得较高的机械强度和硬度，但流动性稍差；反之，碳硅含量高，流动性好，机械强度和硬度较低。

当薄壁铸件出现白口时，可提高碳硅含量使之变灰；当厚壁铸件出现粗大的石墨时，应适当降低碳硅含量，并达到提高机械强度和硬度的目的。

Si是Fe-C 合金中能够封闭ｒ区的元素，Si使共析点的含C量降低。

Si提高共析转变温度，且在QT中使铁素体增加的作用比HT要大。

HT中C、Si 都是强烈促进石墨化的元素。

提高碳当量促使石墨片变粗、数量增多，强度和硬度下降。

降低碳当量可以减少石墨数量、细化石墨、增加初析奥氏体枝晶数量，从而是提高灰铸铁力学性能常采取的措施。

21-329硼在铸铁中的作用及含硼铸铁

21-329硼在铸铁中的作用及含硼铸铁铸造微课堂 2021-12-08 07:40铸铁中加入硼，基体组织有微小的变化，斯氏体中出现了一部分碳化物。

由于硼碳化物的硬度很高（HV1100左右），因此提高了耐磨性，而同时硼碳化物在基体中均匀分布，并没有给机加工带来很大的困难。

根据铁-硼相图可知。

硼和铁可以生成碳化物：硼化碳（Fe3B）为斜方晶格，硼化二碳（Fe2B）为四方晶格；硼化铁为斜方晶格。

目前硼-碳相图尚未得到全面解释，对B13C2的存在还有争论，也没有弄清楚B4C是六方晶格还是假斜单晶。

还需要继续研究。

图片在硼-硅体系中生成两种化合物：SiB4为菱形晶，SiB6为斜方晶。

硼在γ铁中的溶解度，906℃时为0.002%，1140℃时为0.021%。

硼在α铁中，710℃时溶解度为0.004%，906℃时为0.0082%。

硼可以同γ铁形成间隙式固溶体，硼在γ铁中扩散速度同碳相当。

硼能与铁形成碳化硼，也可以和碳、铁形成三元化合物Fe23（C,B）6和Fe3（C,B）等。

根据研究，硼具有激冷倾向。

在普通灰铸铁中加入数万分之几的硼后，组织有部分的铁-碳化合物共晶组织出现。

这种组织与快速冷却或加入铬等白口化元素出现的麻口组织相比较，石墨和碳化物非常细小，并且均匀分布，截面敏感性小，其碳化物呈白亮块状，数量和硬度随硼加入量的增加而提高。

硼铸铁的碳化物是溶入了硼原子的渗碳体Fe3（C,B）以及三元化合物Fe23（C,B）6。

Fe3（C,B）为斜方晶格。

在Fe3（C,B）中硼可以置换碳原子，最高达80%，此复合碳化物的组成是Fe3（C0.2,B0.8）。

由于硼原子比碳原子半径大，因此硼原子在Fe3C中固溶置换，必将导致碳化物产生更大的晶格歪斜，使Fe3C的a、c轴缩短而b轴伸长。

所以Fe3（C,B）的显微硬度高于普通的Fe3C。

随着硼的固溶量增加，晶格畸变增加，Fe3（C,B）的硬度也增加。

Fe23（C,B）6与奥氏体具有相同的晶体结构，Fe23（C,B）6型碳化物的显微硬度大于HV1150，而高磷铸铁中的斯氏体的硬度仅为HV700-800。

硼在钢中的作用

硼在钢中的作用；（1）提高钢的淬透性,一般加入量很少
(0.0003%~0.005%)。

（2）提高钢的高温强度。

强化晶界的作用。

硼是一个非金属元素，质子数为5，原子量为12，在钢中的溶解度很小，但对钢的硬度形成有很大的影响。

这是因为硼能推迟铁素体和珠光体的形成，这样在快速淬火时能帮助马氏体的形成。

与吸收中子没有关系。

最低限度加入硼0.0007%已经可以增加钢的硬度，如果硼加入超过0.005%则硬度增加量并不大。

在碳钢中加入0.002-0.003%的硼等效于0.7% Cr，0.5% Mo 或1.0% Ni对钢的硬度的影响.相对于C,Mn,Si,Al等元素在钢中含量只是这几种元素的百分之几的含量，也就是说含量极低，因此硼不能增加光泽。

(1)提高淬透性的能力极强。

0.0010％～0.0030％硼的作用可分别相当于0．6％锰、0．7％铬、0．5％钼和1．5％镍，因此其提高淬透性的能力为上述合金元素的几百倍乃至上千倍，故此只需极少量硼即可节约大量的贵重合金元素。

(2)具有最佳含量而且此含量极小。

一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加而增长，但硼却有一个最佳含量(范围)，过多或过少均对提高淬透性不利，而且此量很小，约为0.0010％，一般控制在0.0005％～0.0030％。

(3)硼的淬透性效果与钢的成分有关。

普遍认为钢中的碳和合金元素含量提高，硼提高淬透性的作用则下降。

所以低碳、低合金钢中硼的淬透性效果最显著。

硼淬透性系数fB与钢中碳含量关系的经验公式之一为fB=1+1.5(0．9-C)。

(4)硼的淬透性作用与奥氏体化条件有关。

硼及其它合金元素对钢组织性能的影响

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2-10 钼硼共同作用机理
• Mo-B(s)共同作用有利于提高实验管线钢的淬透性，提高钢的强度，其联合作用大于两者单独作用之和
• 微量B(s)可以明显抑制钢中铁素体在奥氏体晶界上的形核，同时还使贝氏体转变曲线变得扁平，从而即使在低碳的情况下在一定的冷却速度范围之内也能获得贝氏体组织或者贝氏体＋马氏体组织
cg c0exp（RET）
2021/6/6
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2-6 硼的非平衡偏聚
但是，很多实验证实，在淬火冷却过程中，硼向晶界的偏聚是一个非平衡的热力学过程。
在实际淬火试样中观察到硼在奥氏体晶界上的偏聚，不像平衡偏聚那样局限在几个原子范围内，而在晶界上形成具有一定宽度的富集带。
这种偏聚是在冷却过程中形成的，对冷却速度很敏感。随淬火温度的升高、冷却速度的降低，晶界富集带宽度有所增加，晶界富集的硼增多。
2021/6/6
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2-11 硼对钢相变的影响
贝氏体转变
上贝氏体下贝氏体块状相
•形成温度较高 •呈羽毛状 •性能较差
• 形成温度低 • 其中铁素体片较细，且是位错亚结构，
碳化物的弥散度也大，呈针状 • 性能优良
• 形成温度较高 • 由块状铁素体和岛状的富碳奥氏体组成 • 性能优良
2021/6/6
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1-2 硼的主要用途
耐温玻璃、实验玻璃器皿、光学玻璃
焊接金属时的熔剂
硼
硼肥
硼钢在反应堆中用作控制棒
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钢铁中的重要合金元素
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2-1 硼对铁多型性转变的影响
铁在加热和冷却过程中发生如下的多型性转变：
910℃
1390℃
α-Fe

硼对等温淬火球墨铸铁组织及性能的影响

的升高，硬度也在逐渐增加，可达￣ＪＩＨＲＣ６０．８；当超过５００℃时，由于材料在高温下回火，促使高硬度的
马氏体进一步分解，二次相析出物聚集长大，弥散强化效果减弱，因此回火硬度呈现降低的趋势。
ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌｓ［Ｊ］．Ｉ＆ＳＭ，２００２，２９（１）：２７ — ３２．［２］ＴａｎａｋａＴ，ＨａｓｈｉｍｏｔｏＭ，ＫｏｉｅＴ，ｅｔａ１．Ｈｉｇｈｓｐｅｅｄｓｔｅｅｌｔｙｐｅｃｏｌｄ
铸造
蒋一等：离心铸造高硼高速钢辊环组织及性能研究
・１１７・
度过高提高了合金元素和碳在基体中的溶解度，增加
（３）经１０５０℃水淬￣Ｉ５２５℃ 回火后，共晶硼碳化物形态和分布并没有变化；部分二次硼碳化物溶解，
［５］ＢａｋｅｒＨ．ＡＳＭＨｎｄａｂｏｏｋ，Ｖｏｌｕｍｅ３，ＡｌｌｏｙＰｈａｓｅＤｉａｇｒａｍｓ［Ｍ】．
ＡＳＭＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，ＭａｔｅｉａｒｌｓＰｒｋ，Ｏｈａｉｏ，１９９２：２８１．
数量明显增加。热处理后，材料硬度提高，达到ＨＲＣ
６０．８，冲击韧性可达到８．４Ｊ／ｃｍ。
参考文献：
［１］ＣａｒｖａｌｈｏＭＡＤｅ，ＸａｖｉｅｒＲＲ，ＦｉｌｈｏＣＳＰ，ｅｔａ１．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．

硼B元素对钢材性能的影响

硼B元素对钢材性能的影响硼B元素对钢材性能的影响1、当钢中含有微量的（0.001 －0.005 ％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．2、钢中加入微量的硼就可改善钢的致密性和热轧性能，提高强度。

3、微量硼能提高钢的淬透性，但随钢中碳含量增加，淬透性的提高逐渐减弱以至完全消失；4、硼的有益作用：1）钢中加入微量的硼（0.0005～0.005%）即可显著提高钢的淬透性，此时对其它性能等无影响或影响甚小。

——这在一定程度上可代替Ni（Cr、Mo）2）硼对钢的淬裂敏感性影响很小。

3）结构钢中的硼会降低钢材在正火后的冲击值，但在淬火+低温回火后，却能得到良好的冲击值。

4）低碳硼钢渗碳性能良好，表面碳浓度不易过度增大。

所以可得到高强度和疲劳强度，渗碳后可直接淬火，对缺口敏感性也很小。

渗碳硼钢以含C≯1%为宜。

5）中碳硼钢在调质后有良好的综合机械性能。

（其回火稳定性，回火脆性、疲劳极限与强度、硬度的关系等基本上同无硼钢）。

6）硼钢的热加工性能良好，同一般合金结构钢。

7）硼溶于固溶体，晶格变大，使强度提高，晶界中硼有阻止再结晶扩散作用，所以可增加钢的热强性。

5、硼的不良影响：1）含B量超过0.007%时，容易引起脆性（有说珠光体为此值，其它类钢可多些）。

2）会降低A体晶粒粗化的温度，易粗晶，但加铝可改善。

3）在尺寸硼钢热处理时心部易生针状铁素体而影响机械性能。

4）硼与O、N亲和力很强，易生非金属夹杂，且因此应多加硼量。

为克服此缺陷可于冶炼时加0.1～0.12%Al和0.06～0.04%Ti以脱氧，去氮（Al、Ti未考虑烧损值）。

一般合金钢中含B量：0.001～0.005%（目前仅合金结构钢中有硼钢含值如前，而其它含硼钢还少见到，国外硼钢品种较多，但其含量均不超过0.005%，否则淬透性反而变劣）。

硼含量对高硼铁基合金组织和性能的影响

・・硼是我国富有的元素，价格低而且稳定。

随着铬、钼、镍、钨、钒等合金元素在钢铁材料中使用量的不断增加，价格飞速上涨，供应日趋紧张，导致普通钢铁耐磨材料生产成本不断攀升。

笔者设想在普通钢铁材料中，加入适量硼，通过调节合金中硼含量和碳含量可以实现对硼化物体积百分数及基体含碳量的控制，使材料具有优异的耐磨性和强韧性。

在此背景下，开发成功了以硼为主要合金元素的高硼铁基合金；该合金具有良好的淬硬性和淬透性，贵重合金元素加入量少，生产成本低廉，熔炼工艺简单，并在工业生产中获得了推广应用［１－４］。

本研究中，通过硼合金元素的变化，获得了不同硼碳化合物体积分数的高硼铁基合金，研究了硼含量与硼碳化合物体积分数的关系，并研究了硼碳化合物体积分数对其抗磨粒磨损性能的影响。

１试验材料及方法铸造高硼铁基合金材料在５０ｋｇ中频感应电炉内熔炼，炉料为生铁、废钢、硼铁、钛铁、高碳铬铁和微碳铬铁等，其中硼铁含Ｂ为２０％（质量分数，下同）。

待钢液过热至１５５０￣１６００℃时，经造渣、扒渣、插铝脱氧处理和加入钛铁定氮处理后，再加入硼铁合金。

在蜡模中浇注成基尔试块，经取样进行化学成分分析，所得到的试样的化学成分如表１所示。

铸态试样经１０００℃×２ｈ水淬和２００℃回火４ｈ后，采用Ｌｅｉｃａ图像分基金项目：国家高技术研究发展计划（２００７ＡＡ０３Ｚ５１０）资助。

收稿日期：２００７－１２－２４收到初稿，２００８－０２－２７收到修订稿。

作者简介：宋绪丁（１９６３－），男，陕西合阳人，教授，在职博士研究生，从事材料工程和表面工程技术的教学和研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｏｎｇｘｕｄｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ宋绪丁１，刘海明１，符寒光２，３，邢建东３（１．长安大学工程机械学院，陕西西安７１００６４；２．北京工业大学材料学院，北京１０００２２；３．西安交通大学材料科学与工程学院，陕西西安７１００４９）摘要：借助Ｌｅｉｃａ图像分析仪，对硼含量０．５％￣３．０％和碳含量约０．４％的高硼铁基合金经１０００℃×２ｈ水淬，２００℃回火４ｈ处理后，进行了硼碳化合物数量分析；并在ＭＬ－１０销盘式磨损试验机和ＭＬＤ－１０动载冲击磨损试验机上进行了二体磨损和三体磨损试验。

硼含量对10B21冷镦合金钢产品淬透性的影响

硼含量对10B21冷镦合金钢产品淬透性的影响发布时间：2021-11-10T06:26:20.771Z 来源：《科技新时代》2021年9期作者：王斯华罗安武郝小龙[导读] 还可以添加微量的硼、矾、钛合金元素，经热处理后其溶解到基体中提高淬透性[1]。

东莞科力线材技术有限公司广东东莞 523200摘要：硼是10B21低碳合金钢材料中的最重要的合金元素，通过添加极少量的硼，就可以使其材料的淬透性明显增强，通过研究10B21低碳合金钢中硼含量与其淬透性的关系，确定最佳的硼含量范围，使10B21低碳合金钢材料获得优良的淬透性，遴选出适合于生产高强度、大规格尺寸、形变复杂的紧固件用10B21低碳合金钢冷镦材料。

关键词：10B21冷镦合金钢；硼合金；淬透性；紧固件目前，大规格、大截面高强度的紧固件进行淬火处理时，对其钢材的淬透性要求十分严格，以使最终产品具有较好的机械性能。

研究表明，通常在钢中添加合金元素使其在淬火过程中的过冷奥氏体稳定化，从而增加钢的淬透性，常见的添加合金元素有铬、硅、钼、镍等，还可以添加微量的硼、矾、钛合金元素，经热处理后其溶解到基体中提高淬透性[1]。

硼是10B21低碳合金钢材料中的最重要的合金元素，通过添加极少量的硼，就可以使其材料的淬透性明显增强[2]。

在实际生产中，由于每个批次的10B21低碳合金钢中的硼含量有不同，不能同时满足淬透性要求，为了保证产品的合格率，通常只能生产较低一级别的紧固件，特别是对于大规格尺寸、形变复杂的紧固件，由于其淬透性的原因，不能稳定地生产高强度的紧固件[3]。

1、试验材料一般认为在钢中添加0.0005～0.0040%的硼，就可以明显增加其淬透性，当硼的添加量过大时，由于硼相的析出会致使其材料的淬透能力大幅度的降低[4]。

为进一步研究10B21低碳合金钢中硼含量对淬透性的影响，试验选择材料直径规格为30.0mm，硼含量在0.0005～0.0040%的10B21低碳合金钢的六组不同的材料放入马弗网带淬火炉中进行末端淬火试验，这六组材料的具体化学成分见表1。

硼对铸态Fe-0.4C-B合金组织与性能的影响

条件下却获得了一定量的共晶组织，共晶组织随着硼含量增加而增加。当硼含量０．５９％时，晶界上析
基金项目：国家自然科学基金项目（５０７０１０２０）；云南省应用基础研究计；￣］ｔ（２００７Ｅ０３４Ｍ）；云南省教育厅重点科研基金项目
约占（３Ｘ１０）％，我国储量丰富，价格低廉且稳定［３］。硼在 — Ｆｅ和．Ｆｅ中的溶解度分别小于０．０００４％和０．０２％［４】，Ｆｅ．Ｃ合金中加入硼元素后，大部分硼在凝固过程中以硬度高、高温稳定性好的硼化物的形式析出［５】，表现出类似高铬铸铁的性能。在此基础上，调节硼含量，控制硼化物体积分数，将有可能获得强韧搭配、价格低廉的新型耐磨材料。但目前的高硼铁基合金是在铬系铸钢基础上发展起来的，铬是合金中必要的添加元素，因此如何在不加铬的情况下获得高性能的耐磨材料将是未来研究的重点。
Ｍａｔｅｒｉａｌ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ材料・工艺
硼对铸态Ｆｅ－Ｏ．４Ｃ－Ｂ合金组织与性能的影响
蔡云秀’ ，李飞
（１．云南机电职业技术学院，云南昆明５００００；２．昆明理工大学城市学院，云南昆明６５００９３）

硼铸铁在机床铸件上的应用

又与普通灰铸铁接近在铸造生产上也不会有什么新问题因此硼铸铁广泛应用在机
,
;
,
,
床重要铸件上本文主要阐述硼铸铁的耐磨机理基体组织化学元素对其组织和性能的
影响并介绍了硼铸铁的生产工艺要点
, , 。
由于硼有强烈的反石墨化作用随着残
,
液中的硼含量的增加使按铁一碳稳定系的凝固方式逐渐受到抑止最后成为按铁一碳化铁介稳定系的方式凝固析出
e 等合金元素时还可能析出( F
, ,
F
性主要原因是组织中含有硬度和耐磨性都很高的硼碳化物它与珠光体基体组成硬质
点软基体的优良耐磨结构
2 2
.
,
。
,
。
硼铸铁的金相组织
1 石墨A来自应为相同时,
型或
B
型
,
A
型石墨显微结构呈不连续的片状无方向性均匀分布基体
1
, 。
。
,
,
硼铸铁的耐磨机理
硼的熔点较低
, ,
只比磷稍高硼在奥氏体中最大的固溶度为
, , ,
。
。 01 8
.
%
。
硼铸铁在凝固
, ,
除
过程中依据选择结晶的原则当初晶奥氏体和石墨析出时硼被残留在晶界液体中随着初晶奥氏体的生长残液中硼的浓度不断提高

硼对含碳化物马氏体球墨铸铁组织和性能的影响

硼对含碳化物马氏体球墨铸铁组织和性能的影响姜利坤;琚子来;李卫红;黄曼曼;吴永婷;刘运腾【期刊名称】《铸造》【年(卷),期】2017(066)002【摘要】制备了一种含硼、铬、钒合金元素的含碳化物马氏体球墨铸铁,并系统研究了硼含量对材料组织结构和力学性能的影响.结果表明:当B＜0.1％时,组织中石墨球圆整,大小均匀,球化良好;当B＞0.1％时,石墨球圆整度降低,大小分布不均.铸件的热处理条件为:奥氏体化温度900℃,然后在10％氯化钠水溶液中淬火,最后230℃回火.当B为0.06％时,该材料的硬度和冲击韧性具有良好的匹配,硬度为HRC58～61,冲击韧性为8～11 J/cm2.【总页数】3页(P192-194)【作者】姜利坤;琚子来;李卫红;黄曼曼;吴永婷;刘运腾【作者单位】山东省科学院新材料研究所,山东济南250013;唐山工业职业技术学院机械工程系,河北唐山063020;山东省科学院新材料研究所,山东济南250013;唐山工业职业技术学院机械工程系,河北唐山063020;山东鲁轻安全评价技术有限公司,山东济南250101;山东省科学院新材料研究所,山东济南250013【正文语种】中文【中图分类】TG151.1【相关文献】1.Cr对马氏体球墨铸铁磨球组织和性能的影响 [J], 胡小锋;闫德胜;喻传宏;覃照成;戎利建2.硼对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织和性能的影响 [J], 韩成府;孙玉福;吴越;赵靖宇3.硼对等温淬火球墨铸铁组织及性能的影响 [J], 张景超;王彦华;赵靖宇;吴越;吕烨哲;孙玉福4.钒对含碳化物等温淬火球墨铸铁组织及性能的影响 [J], 马永华;孙玉福;赵靖宇;肖志云;杨会龙;王刘利;王璐;司光东5.合金球墨铸铁基体组织对含镍球墨铸铁热疲劳性能的影响 [J], 李远睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

硼对刃具钢组织与性能的影响

硼对刃具钢组织与性能的影响杨玉;高磊;王华;郭晓宏;刘凤莲;王英海【摘要】为研制开发适合水淬的新型刃具钢,采用显微组织观察、力学性能测试、热处理试验和磨粒磨损试验等技术手段,对比研究了含硼中碳钢与不含硼的65Mn 钢热轧后与热处理后的显微组织和应用性能.结果表明:热轧态中碳含硼钢中存在较多铁素体相,强硬性更低,韧塑性更好;中碳含硼钢水淬回火后组织为回火马氏体,硬度可达50 HRC以上,高于油淬回火的65Mn钢,韧塑性和耐磨性也明显好于65Mn 钢.中碳含硼钢完全适合水淬工艺,减少了工业污染,符合环保要求.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2016(024)002【总页数】6页(P80-85)【关键词】中碳含硼钢;回火马氏体;耐磨性;硬度;铁素体相;水淬;油淬【作者】杨玉;高磊;王华;郭晓宏;刘凤莲;王英海【作者单位】鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009;鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009;鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009;鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009;鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009;鞍钢股份有限公司,辽宁鞍山114009【正文语种】中文【中图分类】TG142目前，我国刃具行业普遍采用65Mn等高碳钢油淬+高温回火的生产工艺，成品性能可以满足使用要求，但产生的油烟严重污染空气，不符合环保要求.随着我国环保意识的不断增强，油淬的热处理工艺将逐渐被水淬所代替，刃具行业也正在积极进行淬火工艺的改革.而65Mn等高碳锰钢由于碳含量较高，脆性大、塑韧性差，水淬易开裂，只适于油淬，不适合水淬［1-2］.为支持我国环保体制改革，适应绿色热处理的理念要求，急待研制开发一种适合水淬工艺的新型中碳刃具钢.要使中碳钢热处理后达到高碳钢热处理后的硬度，必须在钢中加入提高淬硬性的合金元素.硼元素有明显提高钢的淬透性和淬硬性的作用［3］.1921年人们第1次发现了硼在钢中的淬透性效果，并于1935年开始应用在钢铁材料中.但由于硼是活性元素，难以控制，对钢的性能影响波动大，20世纪60年代到70年代，硼在钢中的应用处于停滞状态.直到1982年，美国研究人随着对硼元素研究的深入，近几年来，硼合金已开始在国外钢铁行业中大量应用.芬兰罗奇钢铁公司开发的淬火硼钢具有很强的耐磨性，可有效延长刃具等机械零件的使用寿命，欧洲和美国已开始用中碳含硼钢加工制造各种机械零件和刃具［3］.为尽快研制出适合水淬的新型刃具钢，满足用户使用需求，本文对中碳含硼钢和65Mn刃具钢的组织和性能进行了较详细的研究分析.1.1 试验材料硼是明显提高淬透性和淬硬性的元素.硼提高淬硬性能力极强，质量分数0.001%～0.003%的B的作用可相当于质量分数0.6%Mn、0.7%Cr、0.5%Mo和1.5%Ni，故钢中只需加入极少量的B即可达到提高淬硬性作用［5-7］.本试验采用的钢板为6 mm厚的含硼碳锰钢和目前刃具行业普遍使用的65Mn钢.含硼钢板主要化学成分（质量分数）如下:0.36%C，0.21%Si，1.0%Mn，0.0022% B；65Mn钢板的主要化学成分（质量分数）如下: 0.66%C，0.25%Si，1.05%Mn.含硼钢采用中碳的成分设计，以改善原有高碳钢板热轧态的韧塑性，提高成型性，适应水淬的生产工艺.1.2 热轧板力学性能检测按GB/T 2975在上述含硼钢板与65Mn钢板宽度1/4处取横向拉伸试样2个、10 mm×5 mm× 55 mm的非标准KV2纵向冲击试样3个及表面硬度试样 1个（检测三点硬度值），分别按GB/T 228、GB/T 229、GB/T 230.1检测各项力学性能，取各项检测结果平均值，评价各项力学性能［8-10］.1.3 热处理试验在6 mm厚中碳含硼钢板和65Mn钢板板宽1/4处分别取350 mm×200 mm试样9块，利用箱式电阻炉加热，进行淬火和回火处理.加热温度850～920℃，回火温度200～400℃，含硼钢采用水淬工艺，65Mn钢采用油淬工艺.在每个热处理试样上取拉伸试样2个、10 mm×5 mm×55 mm非标准KV2冲击试样3个、硬度3点，取检测结果平均值作为各项力学性能评价值.再分别选用含硼钢和65Mn钢强硬性和韧塑性匹配最佳的热处理制度下的力学性能作为各自的热处理性能，进行对比分析［11-13］.1.4 钢板显微组织观察在中碳含硼钢和65Mn钢2种热轧态钢板的板宽1/4处分别取10 mm×10mm×5 mm金相试样各1块.在热处理后含硼钢和65Mn钢强硬性和韧塑性匹配最佳的钢板上取10 mm×10 mm× 5 mm金相试样各1块.上述所取金相试样磨制、抛光横断面，用体积分数4%的硝酸酒精侵蚀，在DMI5000M光学显微镜下观察钢板横断面的显微组织形貌［14-15］.1.5 磨损试验分别按上述1.3小节中选定的具有最佳热处理性能的热处理制度对含硼钢板试样与65Mn钢板试样进行热处理，在热处理后的2种钢板试样上分别取图1所示的磨擦磨损试验用标准试样.在室温大气中，空气湿度55%的环境下，按GB/T 12444—2006金属材料磨损试验方法在MM-W1A立式万能摩擦磨损试验机上进行销环滑动磨损试验，磨擦副为GCr15硬质合金.试验载荷为40 N，磨销转速分别为100、200、300 r/min，即滑动速度分别为151、302、453 m/s.每个试样磨损时间为10 min，根据磨损量计算每个试样在每种转速下的磨损速率，在激光共聚焦上观察每个试样的磨损表面形貌，分析其磨损性能［16-18］.2.1 刃具钢热轧板显微组织图2为中碳含硼钢和65Mn钢2种试样的横断面显微组织形貌.由图2可见:中碳含硼钢板热轧态显微组织为珠光体和铁素体，65Mn热轧钢板组织以珠光体为主，存在极少量铁素体网；含硼钢碳含量低于65Mn，铁素体含量较多，确保了该热轧态钢板具有较好的成型性.2.2 刃具钢热轧板力学性能图3为中碳含硼钢和65Mn钢的热轧态性能对比结果.由图3可见，中碳含硼钢热轧板强度较65Mn钢低270 MPa，硬性较65Mn钢低6 HRB，延伸率较65Mn钢高7%，冲击功较65Mn钢高19 J.可见，中碳含硼钢强硬度低，但韧塑性明显好于65Mn.因此，中碳含硼钢热轧态冲压加工性能明显好于65Mn等高碳刃具钢.2.3 热处理性能图4为含硼中碳钢和65Mn 2种钢板在加热温度850～920℃、回火温度200～400℃热处理后各自的最佳力学性能结果.由图4可见，选择合适的调质处理制度后，中碳含硼钢板水淬回火后硬度可达52 HRC，高于65Mn油淬回火硬度，屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击功也均高于65Mn油淬回火钢板，特别是冲击韧性明显好于65Mn调质处理后钢板，达21%.2.4 热处理组织形貌图5为2.3小节含硼中碳锰钢和65Mn在加热温度850～920℃、回火温度200～400℃热处理后具有最佳力学性能钢板的显微组织形貌.由图5可见；淬火后含硼钢为全部马氏体，65Mn钢中则存在少量索氏体组织；中碳含硼钢回火后组织为回火马氏体，65Mn钢回火后组织为回火屈氏体.2.5 耐磨性图6为热处理后硬度为51 HRC的含硼钢和热处理后硬度为46 HRC的65Mn钢2种材料的磨损率和磨损表面粗糙度测试结果.图7为不同转速下含硼钢和65Mn 试样磨损表面形貌激光共聚焦观察照片.由图6和图7可见，在载荷40 N，磨销转速为100、200、300 r/min情况下，1#含硼中碳钢样品的磨损速率和磨损表面的粗糙度均低于2#65Mn钢样品，1#样品的磨损程度明显低于2#样品.可见，中碳含硼钢比65Mn具有更好的磨损抗力，耐磨损性能更好.3.1 硼元素对刃具钢组织与性能的影响由试验结果可见，与65Mn刃具钢相比，热轧态中碳含硼钢的屈服强度较65Mn 钢低112 MPa，抗拉强度较65Mn钢低270 MPa，硬度低4 HRB，而延伸率高7%，冲击韧性高19 J.可见，热轧态中碳含硼钢板冷成型性更佳.这主要是因为，中碳含硼钢的碳含量相对较低，热轧态钢板显微组织中铁素体相所占比例较大，因此强度和硬度相对较低，韧塑性更好，冷成型性更优异.中碳含硼钢水淬回火后屈服强度1 460 MPa，抗拉强度1 785 MPa，硬度达52.5 HRC，延伸率达10%，冲击功达21 J.而普通刃具钢65Mn水淬易开裂，只能采用油淬工艺，油淬回火后屈服强度1 034 MPa，抗拉强度1 150 N/mm2，硬度46.5 HRC，且延伸率和冲击韧性很低，延伸率仅为1.5%，冲击功仅为3 J.可见，含硼中碳钢不仅适合水淬的热处理工艺，且热处理后综合性能更好.耐磨性试验结果也证实了这一点，在载荷和磨销转速相同的情况下，含硼中碳钢的磨损速率和磨损表面的粗糙度均低于65Mn钢，比65Mn具有更好的磨损抗力，耐磨损性能更好.中碳含硼钢热处理后耐磨性更好，这主要与其热处理后硬度较高有关.由于碳含量较低，中碳含硼钢在较低温度回火时即可满足韧塑性要求.中碳含硼钢水淬后得到的细小均匀的马氏体组织在200℃以下低温回火时分解为α相和ε-碳化物，得到回火马氏体组织.由于碳扩散较慢，α相中碳含量仍较高，因此回火后钢板硬度仍较高.为了得到足够的韧塑性，65Mn钢则必须采用350℃以上较高温度回火，高温回火后马氏体分解形成碳含量较低的针状α相和更稳定的θ-碳化物（渗碳体），得到回火屈氏体组织，硬度大幅降低.因此，与普通65Mn刃具钢相比，中碳含硼钢热处理后硬度更高，耐磨性等综合使用性能也更佳.3.2 硼元素对钢淬透性影响的探讨图8为含硼中碳钢和不含硼钢的静态CCT曲线.由图8可见:中碳钢中加入少量硼后，其CCT曲线右移，得到全马氏体组织的临界冷速为10℃/S；而不含硼钢冷速为100℃/S时仍存在铁素体、珠光体和贝氏体组织.可见，钢中加入微量硼，热处理时就极易获得全部马氏体组织，含硼钢的淬透性明显提高.本文2.4小节试验中，淬火后中碳含硼钢得到全部马氏体组织，而65Mn钢中虽然以马氏体为主，但仍存在少量索氏体，这一方面与65Mn采用油淬冷速较慢有关，另一方面也说明中碳含硼钢较65Mn钢更易获得全马氏体组织.硼是活性元素，钢中加入微量硼后，硼原子偏聚吸附在晶界，降低了晶界能，使先析铁素体不易形核，延长了奥氏体分解的孕育期，抑制并推迟了先析铁素体及贝氏体形核转变，因此，在较低冷速下即易生成马氏体组织，提高了钢的淬透性，从而可以获得较高的淬硬性.1）本文研制开发的中碳含硼钢完全适合水淬的热处理工艺，中碳钢中加入微量的硼，水淬并回火处理后硬度可达50 RHC以上，高于传统65Mn刃具钢热处理后的硬度，且韧塑性和耐磨性也明显好于65Mn钢.2）与65Mn等传统高碳刃具钢相比，中碳含硼钢碳含量相对较低，热轧态钢板存在先析铁素体相，强硬性更低，韧塑性更好，冲压成型性优异，更适合加工制造各类形状复杂的机械配件.3）目前，硼元素已在欧洲、美国等发达国家的钢铁行业广泛应用，但由于热处理技术的制约，我国含硼钢还未大量应用.随着我国环保意识的增强，用水淬代替油淬是未来热处理业的发展趋势，用水淬的中碳含硼钢代替油淬的65Mn等高碳钢，实现产品的升级换代是刃具行业的发展方向.因此，本文研制开发的中碳含硼钢在刃具行业具有较好的发展前景.【相关文献】［1］李红英，苏雄杰，陈广，等.回火工艺对65Mn钢疲劳裂纹扩展行为的影响［J］.材料科学与工艺，2013，21（5）:82-87. 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硼对调质型低碳低合金钢淬火_回火的影响

文章编号:10071385(2003)03003403硼对调质型低碳低合金钢淬火、回火的影响赵铭弟1　李秀光2　李春生3(11沈阳广播电视大学,辽宁沈阳;110014　21沈阳大学,辽宁沈阳　110041;31东北大学,辽宁沈阳　110004)摘　要:通过对加硼的低碳钢淬透性及回火稳定性的实验,硼的加入能使调质型低碳钢的淬透性及回火稳定性提高。

关键词:硼;调质;奥氏体;淬透性;回火脆性;回火稳定性;Cr-M o低碳合金钢中图分类号:TG156.8+7文献标识码:A0　引　言钢中加入硼与其它合金元素相比,具有不同的作用,这是由于硼在钢中熔解度很低,与钢中晶体缺陷有强烈的相互作用,极易产生晶界内吸附,即硼原子偏聚在晶界上,对钢的相变过程及工艺性能、力学性能产生重要影响。

如只要以百万分之几至十万分之几的硼加入结构钢中就可显著提高钢的淬透性,对节约低中碳合金钢贵重的合金元素,具有极大的经济意义。

1　试验方法试验用钢在150kg中频感应炉中冶炼,下注成68kg钢锭,于400轧机上高温轧成20～55mm厚钢板,终轧温度为950℃,空冷。

其成分见表1。

表1　钢的成分(wt%)编号C S i Mn P S N Al V Nb T i B Cr Ni M o 130.1560.577 1.3740.0140.0170.00960.06560.0580.03050.0242----140.1780.582 1.3630.0140.01360.00880.01930.05980.03190.01880.0018---50.120.357 1.420.0180.0110.00490.010.040.170.130.16 注:表中13号、5号钢为与加硼的14号钢对比钢种将3种成分钢分别加工成标准淬透性试样并按G B225-88测定淬透性.对13、14号钢加工成Ⅴ型缺口试样于920℃淬火,不同温度回火后在-10℃做冲击试验,同时测定不同温度回火试样的洛氏硬度。