宗晓明等：GC15轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能 ·1111· 0102030405060708090100110120130 距离加m 1000 1000 800 元素质量分数%原子分数凭 4 Fe 800元赤质量分数%原千分数 5.24 600 237 Fe 6308 400 400 Fe 200 200 Cr 2 3 456 78910 2 3 4 567 8910 能量keV 能量keV 1000 1000 e 800 元素质量分数肾摩千分数闻 800元素质量分数/%原子分数% Fe B t381 3301 B 11T3 3)67 43 21.29 2492 153 089 600 35 223 Fe 77.22 4191 7449 4018 400 400 Fe 200 200 0 45678910 345678910 能量keV 能量keV 图41173K条件下保温8h获得渗层的截面扫描电镜照片能谱分析情况：(a)扫描电镜照片：(b)线扫描能谱分析：()A点组分：(d)B点 组分：(e)C点组分：()D点组成 Fig.4 Cross-section view and EDS patterns of boride layer produced at 1173K for 8h:(a)SEM image of boride layer:(b)EDS line scan analysis across the boride layer:(c)composition of point A:(d)composition of point B:(e)composition of point C:(f)composition of point D 关系图.由图6可知，在本研究中，随处理温度及保 化趋势相同，渗层表面硬度随保温时间与处理温度 温时间的不同，渗层的厚度变化范围为33.4~ 的上升而增大，主要是由于随着渗层厚度的增大，表 318.5m;在1123K温度条件下，渗层厚度随处理 面高硬FeB相比例上升，从而提高了表面硬度.从 时间的变化范围为33.4~70.3μm;在1173K温度 整体上看，与未经表面处理的试样(HV。1330)相 条件下，渗层厚度随处理时间的变化范围为52.2~ 比，渗层的硬度提高了5~6倍 107.6um;在1223K温度条件下，渗层厚度随处理 图8所示为渗层的截面维氏硬度压痕形貌及硬 时间的变化范围为73.4~151.7m;在1323K温度 度梯度分布情况，图8(a)所示为1173K温度条件 条件下，渗层厚度随处理时间的变化范围为142.1~ 下保温8h获得的渗层截面的维氏硬度测试压痕形 318.5um.可见，在不同处理温度条件下，渗层的厚 貌.由图8(a)可知，从表面到内部，维氏硬度测试 度都随处理时间的增长而增厚，当处理时间相同时， 压痕的尺寸逐渐增大，主要是由于从表面到内部Fe 随处理温度的升高，渗层厚度大幅增加. 元素的比例上升，硼元素的比例下降，高硬度FB 图7所示为不同温度下保温不同时间获得的渗 相的比例下降，低硬度F,B相的比例上升.图8 层表面硬度与处理时间的关系图.由图7可知，不 (b)所示为在1173K温度条件下保温2、4、6和8h 同工艺参数条件下，渗层表面硬度HV。,变化范围 获得的渗层硬度梯度分布情况，由图8(b)可知，在 为1630~1950，与渗层厚度随处理时间与温度的变 不同处理时间下，渗层均与基体间有较宽的硬度梯宗晓明等: GCr15 轴承钢表面渗硼层生长动力学与机械性能 图 4 1173 K 条件下保温 8 h 获得渗层的截面扫描电镜照片能谱分析情况: ( a) 扫描电镜照片; ( b) 线扫描能谱分析; ( c) A 点组分; ( d) B 点 组分; ( e) C 点组分; ( f) D 点组成 Fig． 4 Cross-section view and EDS patterns of boride layer produced at 1173 K for 8 h: ( a) SEM image of boride layer; ( b) EDS line scan analysis across the boride layer; ( c) composition of point A; ( d) composition of point B; ( e) composition of point C; ( f) composition of point D 关系图． 由图 6 可知，在本研究中，随处理温度及保 温时 间 的 不 同，渗层的厚度变化范围为 33. 4 ～ 318. 5 μm; 在 1123 K 温度条件下，渗层厚度随处理 时间的变化范围为 33. 4 ～ 70. 3 μm; 在 1173 K 温度 条件下，渗层厚度随处理时间的变化范围为 52. 2 ～ 107. 6 μm; 在 1223 K 温度条件下，渗层厚度随处理 时间的变化范围为 73. 4 ～ 151. 7 μm; 在 1323 K 温度 条件下，渗层厚度随处理时间的变化范围为 142. 1 ～ 318. 5 μm． 可见，在不同处理温度条件下，渗层的厚 度都随处理时间的增长而增厚，当处理时间相同时， 随处理温度的升高，渗层厚度大幅增加． 图 7 所示为不同温度下保温不同时间获得的渗 层表面硬度与处理时间的关系图． 由图 7 可知，不 同工艺参数条件下，渗层表面硬度 HV0. 1 变化范围 为 1630 ～ 1950，与渗层厚度随处理时间与温度的变 化趋势相同，渗层表面硬度随保温时间与处理温度 的上升而增大，主要是由于随着渗层厚度的增大，表 面高硬 FeB 相比例上升，从而提高了表面硬度． 从 整体上看，与未经表面处理的试样( HV0. 1 330) 相 比，渗层的硬度提高了 5 ～ 6 倍． 图 8 所示为渗层的截面维氏硬度压痕形貌及硬 度梯度分布情况，图 8( a) 所示为 1173 K 温度条件 下保温 8 h 获得的渗层截面的维氏硬度测试压痕形 貌． 由图 8( a) 可知，从表面到内部，维氏硬度测试 压痕的尺寸逐渐增大，主要是由于从表面到内部 Fe 元素的比例上升，硼元素的比例下降，高硬度 FeB 相的比例下降，低硬度 Fe2B 相的比例上升［13］． 图 8 ( b) 所示为在 1173 K 温度条件下保温 2、4、6 和 8 h 获得的渗层硬度梯度分布情况，由图 8( b) 可知，在 不同处理时间下，渗层均与基体间有较宽的硬度梯 · 1111 ·