壓鑄沖頭所處的工況條件十分惡劣，使用壽命很低。少數(shù)工廠采用耐熱合金鋼沖頭髓涯，其使用壽命也只有十余個班次。而采用球墨鑄鐵作為沖頭材料其使用壽命則更低哈扮。由此因停機而造成的經(jīng)濟損失纬纪，僅以一個中等生產(chǎn)規(guī)模的壓鑄單位為例，每年就達數(shù)萬元滑肉，其中尚未計入如材料包各、工時及電力消耗等損失。本課題所研究的主要目的赦邻，從改變原有的沖頭材料著手髓棋，放棄那些性能不夠穩(wěn)定且又難以及時供應(yīng)的球墨鑄鐵，改用來源豐富轻樟、質(zhì)量有保證趴国、價格合理、規(guī)格統(tǒng)一的45號中碳鋼材料舟门，通過表面強化處理债苍，提高表面硬度和韌性，使其壽命在原來的基礎(chǔ)上提高6-10倍锅星，從而取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益咳铅。

　　沖頭磨損的機理分析

　　當兩種材料的表面相對滑動時，由于材料表面原子之間存在著吸力家统，在其接觸表面會出現(xiàn)粘著現(xiàn)象具椒。當兩個表面緊靠且又沿著法向分離或沿切向移動時，原子吸力傾向于將一個表面材料拉向另一個表面曹均，而形成磨屑斧壮，其磨損量的大小，可用J.F.Archard公式加以表達：磨損量(磨損體積V)與載荷L及距離X成正比纤悉，而與磨損表面硬度P成反比蔬咬，即：

　　V=KLX／3P(1)

　　式中：K為磨擦系數(shù)。K與潤滑條件沐寺、相配的摩擦金屬有關(guān)林艘。

　　此外，磨損體積與構(gòu)成磨擦付材料的不同硬度之間混坞，存在著平方反比關(guān)系狐援。如令Vs和Ps分別代表磨擦付中較軟材料的磨損體積和表面硬度；Vh和Ph代表較硬材料的磨損體積和表面硬度拔第，則其間的關(guān)系咕村，可按下式表達。

　　(VS／Vh)2=(Ph／PS)2(2)

　　從摩擦系數(shù)K及公式(2)中得知：為了減少粘著磨損，在選用材料時應(yīng)注意：1)要求減少磨損的表面應(yīng)選用硬的材料懈涛；2)應(yīng)選用表面之間相互作用小或不相容的配對材料作摩擦付逛万。

　　因此，我們研究工作的重點放在：為了減少粘著磨損批钠，可以通過提高硬度和改變配對材料的種類并使用潤滑劑來解決宇植。

　　試驗條件

　　1．選擇試驗用的工件材料的依據(jù)　　

　　工件(沖頭)采用了45號中碳鋼，此種鋼種屬于調(diào)質(zhì)鋼了岸，最適宜作滲硼處理颗屏。其滲硼后的組織表面，可以獲得鋸齒狀的硼化物造蒋，與基體結(jié)合牢固卑托，耐磨性好，而且還可以通過滲硼后的淬火篱辫、回火來提高基體強度势粱。45號中碳鋼的淬火溫度都在840^860℃范圍，與現(xiàn)有的滲硼溫度接近彪珍，使?jié)B后的工件可以直接淬火食土，減少加熱次數(shù)、節(jié)約能源屿拴、降低成本医熊。　　

　　2．試驗用的滲劑材料　　

　　本試驗采用固體粉末滲劑笤茴，取其操作簡單方便蚯唱，不需添置專用設(shè)備，滲后容易與工件分離涕癣，便于在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用等諸方面的優(yōu)點咒吐。　

　　粉末滲劑的主要組成物中計有：碳化硼(B4C)属划，為提供硼原子的主要來源，以氟硼酸鉀　

　　(KBF4)作為活化劑候生，可加速催滲過程同眯，以碳化硅(SiC)作為載體(填充劑)∥ㄑ迹　　

　　固體粉末滲硼原理屬于氣態(tài)催化反應(yīng)的氣相滲硼须蜗。氟硼酸鉀是活性很高的成分，在5300C就可分解目溉，到800OC即全部分解明肮，其所分解出來的氣態(tài)和固態(tài)硼化物，都是促進滲硼的重要物質(zhì)，是提高滲劑活性和參與滲硼化學反應(yīng)最重要的氣體柿估。在滲硼溫度下由KBF4熱分解所形成的氣態(tài)BF3的反應(yīng)式如下：　　

　　KBF4>5300CKF+BF3↑　　

　　BF3在滲硼溫度下與B4C中因氧化而形成的B203發(fā)生強烈的還原反應(yīng)而生成低價的次氧化硼(B202)而促進滲硼過程循未，即：

　　2B203+2BF3=3B202+3F2↑　　

　　此處的B202是一種極不穩(wěn)定的氧化物，會按下式分解撰绕，形成穩(wěn)定的B2C3同時釋放出活性硼原子：　　

　　3B203=2B203+2[B]　　

　　氟硼酸鉀熱分解生成的BF3可與B4C直接產(chǎn)生下列反應(yīng)岩哥，析出硼原子和低價的BF2:　　

　　2BF3+B4C=3BF2↑+3[B]+C　　

　　氟硼酸鉀還與B,C在氧的參與下，直接進行下述化學反應(yīng)而析出硼原子：　　

　　2KBF4+B4C+02=K20+4BF2↑+2「B〕+CO↑　　

　　以上兩式的反應(yīng)產(chǎn)物中均有BF2生成牺幻，而BF2又因不穩(wěn)定而分解复罕，析出硼原子。由此可以確定魂拢，以B4C為供硼劑的滲劑活性好塑业、滲速快，這也是我們選用滲劑的理論基礎(chǔ)镜踪〉透蹋　　

　　3．試驗的工藝參數(shù)　　

　　一般視零件的具體要求來加以選擇。凡是要求變形小而滲硼層較薄者可在臨界點(ACl)以下進行常孕，反之可再提高滲硼溫度网赤。本試驗中選取的處理溫度為9000C，保溫時間取4小時逐会∽逖樱　　

　　4．工件試樣標準　　

　　本工件試樣選用最常用的J1113型壓鑄機上的Φ40-0.05-0.08沖頭作為標準∠仔铮　　

　　5．磨耗試樣標準　　

　　本磨耗試樣采用國家統(tǒng)一標準寝受。

　　試驗用的設(shè)備規(guī)格

　　試驗用的加熱設(shè)備系采用上海實驗電爐廠生產(chǎn)的系列產(chǎn)品SX-2-10-1300箱式電爐。磨損試驗機的型號為MM-200罕偎。

　　滲硼過程中有關(guān)工藝的控制

　　1．滲硼層厚度的控制　　

　　滲硼層的厚度的取得很澄，主要取決子滲硼溫度的高低和保溫時間的長短，其間存在著線性關(guān)系颜及。以本工件為例甩苛，根據(jù)其使用條件，并從損壞的零件中分析出其失效的主要形式為粘著磨損俏站，從而得出以提高表面的殘余壓應(yīng)力讯蒲、增加韌性及改進耐熱疲勞性能著眼，采取平均的滲硼厚度為70~80微米的單相Fe2B為宜肄扎。Fe2B為正方晶體墨林，含硼量為8.3%，熔點為13890C犯祠，硬度約為HV1400-2000旭等。

　　2．滲硼前后工件尺寸變化的規(guī)律　　

　　對45號中碳鋼沖頭滲硼前后尺寸變化的規(guī)律如表1所示，由表可知：1)沖頭前部的尺寸，滲硼以后明疮，其尺寸變化較大忱脆；2)沖頭后部的尺寸，滲硼以后荸凸，其尺寸變化較新濉；3)沖頭滲硼前后尺寸變化的幅度一般為0.022毫米左右一恃〔停　　

　　判斷45號中碳鋼經(jīng)磨削加工后，滲硼前的外徑桨檬，要根據(jù)原球墨鑄鐵沖頭與壓室配合間隙的要求匿胎。在室m下，壓室內(nèi)徑取Φ40+0.027,沖頭外徑為(D40龍器众凝，相互之間的間隙為0.077^0.107毫米公垒，兩者皆受到高溫金屬作用后，前者直徑縮小倍工，后者外徑膨脹队魏，其熱狀態(tài)下的間隙大小，無法檢測万搔，只能通過理論計算求得胡桨。　　

　　根據(jù)實際使用情況表明瞬雹，壓室材料按原來的3Cr2W8V鋼昧谊，其熱處理工藝不變及尺寸變化規(guī)律也恒定。但是沖頭材料及熱處理工藝酗捌，由于由球鐵改為45號中碳鋼以后呢诬，其熱膨脹量皆起了變化。要使45號鋼沖頭在受熱膨脹以后的外徑恰好與球鐵沖頭受熱膨脹后的外徑相等胖缤，則必須滿足以下的條件尚镰。即當沖頭的工作溫度如處在180℃，兩種材料的熱膨脹系數(shù)分別為：　　

　　a45鋼＝12．32×10-6／0C(在20～2000C)　　

　　a球鐵=11．85×10-6／0C　　

　　由膨脹公式可知：　　

　　d=d哪廓〉鲡〔1＋a(t-t。)］　　

　　式中：d—最后的直徑撩独，m　　

　　do—實物的直徑，mm　　

　　a—熱膨脹系數(shù)　　

　　t—工作溫度赔绒，℃　　

　　to室溫匠凤，℃　　

　　為了達到原生產(chǎn)所要求的配合間隙，則必須使：　　

　　通過以上計算，說明滲硼后的沖頭外徑應(yīng)為Φ40-0.053-0.083厂跋。根據(jù)實際滲硼后所得到的數(shù)據(jù)中可知警综，經(jīng)滲硼后的沖頭，其外徑膨脹了0.022毫米左右猫降，呵寂，所以沖頭在加工時經(jīng)過最后一道磨削加工后，其外徑應(yīng)控制在淫沧。Φ40-0.075-0.105即Φ39.895~39.925毫米范圍內(nèi)豌魏，即可滿足實際生產(chǎn)的需要≡号祝　　

　　3．滲硼層表面耐蝕性　　

　　滲硼能提高45中碳鋼的耐腐蝕性能唉私，在硫酸、鹽酸染突、檸檬酸及醋酸的稀釋水溶液中分別提高50,60,15及4倍捻爷；在KOH及NaOH的水溶液中分別提高4與3.6倍，在NaCl水溶液中提高0.9倍份企。

　　鋼滲硼表面與熔融合金的相互作用　　

　　從以上試驗數(shù)據(jù)中可知也榄，由于滲硼層表面具有較好的耐腐蝕性和與合金所產(chǎn)生的親和力小，這對沖頭壽命的提高司志，是有所助益的甜紫。因此，滲硼表面只要在7000C以下的條件下工作俐芯，就已可為量大面廣的鋅合金和鋁合金的壓鑄生產(chǎn)創(chuàng)造必要的條件棵介。如果沖頭采用水冷，其工況條件有所改善吧史，對于壽命的提高更加有所裨益邮辽。　　

　　滲硼試樣與氮化試樣相對磨耗試驗結(jié)果　　

　　磨耗試驗中取氮化后及滲硼后的圓盤試樣贸营，分別代表壓室及沖頭的實際情況吨述，經(jīng)成對裝機后，在受載50公斤下對磨钞脂，每次以測量精度為1／10000的精密天平稱其失重量阅王，以檢驗其磨耗程度。經(jīng)223889次轉(zhuǎn)動后稱重狡煎，氮化試樣總失重量為0.6782克培扳，而滲硼試樣為1．3414克，即滲硼試樣的磨損比氮化試樣高出一倍瞧纹，解決了壓室經(jīng)使用后是否會先期磨損的顧慮硫薇，為滲硼沖頭的推廣應(yīng)用宴宠，打下良好的基礎(chǔ)。

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