宗晓明等：GCl5轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能 ·1113· (a) 2000 (b) --2h 1800 -4h 1600 -8h 1400 120 1000 800 600 400 200 50m 20 406080100120140 距离/m 图8(a)1173K条件下保温8h获得渗层藏面维氏硬度压痕照片：(b)1173K温度条件保温246和8h获得渗层沿藏面硬度梯度分布情况 Fig.8 Optical micrograph of HV craters at the condition of 1173 K for 8h (a)and variation of hardness of borides at 1173 K for 2,4,6 and 8 h from surface into the interior (b) 测量.表4所示为采用式(4)理论计算与实测的渗 0.0010 1123K ·173K 层厚度对比表，由表4可知，渗层实测厚度与通过式 三0.0008 41223K 1323K (4)理论计算获得的值具有很高的符合性，最大误 0.0006 差为4.93%，采用式(4)可有效的对硼渗层的厚度 进行预测 唇0.0004 表3不同基体条件下固态渗硼的扩散激活能 0.0002 Table3 Comparison of activation energy for diffusion of boron by solid pack method with respect to the different steels 5000 10000150002000025000 30000 处理温度/ 扩散激活能/ 渗明时间s 钢种 数据来源 K (kJ-mol-1) 图9渗层厚度的平方随处理时间的变化情况 AISI 1040 1073~1223 168 6 Fig.9 Square of the boride layer thickness as a function of boroniz- 34CrAINi7 1123~1223 270 141 ing time AISI H13 1073~1223 244.37 ④ D=0.987e-2 (4) AISI M2 1073~1223 240.26 05] 表3所示为近年来相关学者在不同材料基体表 AISI420 1123~1223 206.161 ] 面试验研究所获得硼扩散激活能的数值，由表3 GCrl5 11231323 188.595 本研究 可知，随着基体组织中合金元素与碳含量的上升，硼 表41273K条件下渗层厚度的实测值与预测数 的扩散激活能增高，本研究获得的结果与同类研究 Table 4 Predicted and estimated values of the boride layers thickness 类似.为了验证该式(4)准确性，在1273K温度条 obtained at 1273 K for 2,4,6 and 8 h 件下分别渗硼处理2、4、6和8，并对渗层厚度进行 渗层厚度/μm 处理时间h 误差/% -16 实测值 预测数 -17 2 107.9 110.8 2.69 4 151.2 156.6 3.57 18 y=-0.01306-22682.18704x 6 183.6 191.8 4.47 R=0.99688 -19 211.1 221.5 4.93 -20 -21 3结论 (1)GCl5轴承钢经渗硼处理后，可以在表面获 7.5 8.08.59.09.510.0 T/10K- 得光滑、致密的渗层.X射线衍射分析结果表明，表 图10nD与1/T的变化关系 面渗层相成分主要为FeB和Fe,B,且随渗层厚度的 Fig.10 InD values ts 1/T 增加，FeB相的比例上升，FezB相的比例下降.宗晓明等: GCr15 轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能 图 8 ( a) 1173 K 条件下保温 8 h 获得渗层截面维氏硬度压痕照片; ( b) 1173 K 温度条件保温 2、4、6 和 8 h 获得渗层沿截面硬度梯度分布情况 Fig． 8 Optical micrograph of HV craters at the condition of 1173 K for 8 h ( a) and variation of hardness of borides at 1173 K for 2，4，6 and 8 h from surface into the interior ( b) 图 9 渗层厚度的平方随处理时间的变化情况 Fig． 9 Square of the boride layer thickness as a function of boroniz￾ing time D = 0. 987e － 188. 595 ＲT ( 4) 图 10 lnD 与 1 /T 的变化关系 Fig． 10 lnD values vs 1 /T 表 3 所示为近年来相关学者在不同材料基体表 面试验研究所获得硼扩散激活能的数值［14］，由表 3 可知，随着基体组织中合金元素与碳含量的上升，硼 的扩散激活能增高，本研究获得的结果与同类研究 类似． 为了验证该式( 4) 准确性，在 1273 K 温度条 件下分别渗硼处理 2、4、6 和 8 h，并对渗层厚度进行 测量． 表 4 所示为采用式( 4) 理论计算与实测的渗 层厚度对比表，由表 4 可知，渗层实测厚度与通过式 ( 4) 理论计算获得的值具有很高的符合性，最大误 差为 4. 93% ，采用式( 4) 可有效的对硼渗层的厚度 进行预测． 表 3 不同基体条件下固态渗硼的扩散激活能 Table 3 Comparison of activation energy for diffusion of boron by solid pack method with respect to the different steels 钢种 处理温度/ K 扩散激活能/ ( kJ·mol － 1 ) 数据来源 AISI 1040 1073 ～ 1223 168 ［6］ 34CrAlNi7 1123 ～ 1223 270 ［14］ AISI H13 1073 ～ 1223 244. 37 ［4］ AISI M2 1073 ～ 1223 240. 26 ［15］ AISI420 1123 ～ 1223 206. 161 ［7］ GCr15 1123 ～ 1323 188. 595 本研究 表 4 1273 K 条件下渗层厚度的实测值与预测数 Table 4 Predicted and estimated values of the boride layers thickness obtained at 1273 K for 2，4，6 and 8 h 处理时间/ h 渗层厚度/μm 实测值 预测数 误差/% 2 107. 9 110. 8 2. 69 4 151. 2 156. 6 3. 57 6 183. 6 191. 8 4. 47 8 211. 1 221. 5 4. 93 3 结论 ( 1) GCr15 轴承钢经渗硼处理后，可以在表面获 得光滑、致密的渗层． X 射线衍射分析结果表明，表 面渗层相成分主要为 FeB 和 Fe2B，且随渗层厚度的 增加，FeB 相的比例上升，Fe2B 相的比例下降． · 3111 ·