低合金钢管部件包渗工艺诱导表面硬化稳定性评价及设计方法

《Metals》：Prediction of Layer Thickness and Stability of Borided Cr–V Steel for Highly Stressed Tubular Components

　　

摘要

本研究评估了包渗工艺作为诱导表面硬化的替代方法，用于制造在机械、热和摩擦载荷共同作用下承受高应力的管状部件。测试材料选用了低合金Cr–V钢STN 15 230。测试样品分别经过诱导表面硬化处理和四种包渗工艺（800 °C/4 h、900 °C/4 h、900 °C/6 h和1000 °C/4 h），其中部分工艺还进行了淬火和回火处理。在800–900 °C温度范围内，包渗形成的层厚度为22–74 μm；在1000 °C时层厚度为71 μm。经过淬火和回火后，低温下的层厚度变为20–51 μm，而1000 °C处理条件下的层厚度则增加到87 μm，这说明淬火和回火过程中的稳定性很大程度上取决于包渗工艺的条件。测得的表面硬度为1380–1720 HV 0.04，是诱导表面硬化硬度（约600 HV）的2.3–2.9倍。本文提出了一种半经验设计方法，该方法通过包渗响应指数（BRI）、层厚度预测、热储备因子（TR）和稳定性指数（SI）将钢的化学成分、包渗参数和热处理条件联系起来。该方法应用于四种测试工艺，当SI ≥ 1.5时，能够准确判断工艺路径的稳定性（B2、B4为稳定工艺，B1、B3为不稳定工艺），为实验验证前对候选工艺路径进行初步评估提供了依据。