1.2渗硼工艺及工艺选择

渗硼国内外多普遍采用固体渗硼，这是因为固体渗硼与其它渗硼工艺相比具有许多优点。特别是粉末渗硼工艺，它具有不需要特殊设备，采用普通电、气、煤加热炉，工艺操作简单、渗后工件不需清洗、渗剂重复使用性好、成本较低和渗层厚度与组织易控制等优点。

固体粉末渗硼温度在850～950℃之间，一般要求渗层厚时采用高温，若渗后直接淬火则可根据工具钢种，选择淬火工艺上限温度。当然渗层厚度还与时间有关，可根据渗速和要求的渗层厚度来确定。低碳工具钢、低合金工具钢渗层厚度以0.07~0.15mm为宜,文献综述渗硼后宜采用随炉冷或在出炉后随渗硼箱空冷至室温再开箱。渗后无需淬火表面即可达到1300HV以上的硬度,若需淬火，则应在盐浴炉、真空炉中加热以防止加热时损坏渗硼层[2]。

1.3渗硼动力学

1.3.1渗硼动力学研究的意义和方法

（1）渗硼动力学研究的意义

钢的渗硼动力学的研究具有很大价值，渗硼可以得到耐磨性、红硬性、硬度等更好的钢[3]。做出钢的渗硼层生长动力学曲线以及渗硼层等厚度图，通过设定的渗硼时间和温度可预测渗硼层的厚度；根据确定的渗硼厚度调整渗硼时间和温度。利用渗硼得到的图对日常工业生产工艺控制提供指导。

 (2)  渗硼动力学研究的方法 

本课题中涉及到的钢含碳量较高，按以往经验，渗层整齐呈齿状，峰谷不明显，采用式1.1[4]。

h=(h1+h2+h3+h4+h5)/5                                       (1.1)

式中    h——峰的高度

得到渗硼层厚度以后，利用Origin8.0、Sigma Plot 10.0软件就做出渗硼层生长动力学曲线及渗硼层等厚度图。 

渗硼速度与生长速率常数与扩散激活能有密切的关系，通过对其研究,对降低渗硼的阻力，加快渗硼速度,降低渗硼时间，具有重要的意义。渗硼层生长是依靠硼原子的扩散来完成的，渗硼层厚度渗硼时间满足菲克扩散第二定律[5],渗硼层厚度的平方与渗硼时间成正比,即:    （1.2）

式中    d——渗硼层厚度，m源]自=751-·论~文"网·www.751com.cn/

K——生长速率常数，m 2/ s 

t——时间，s

用Origin8.0软件对d2与t作图，拟合后得到的直线斜率即为K值。再根据 Arrhenius公式[6], K与扩散温度的关系如式1.3所示：

                            （1.3）

式中   Q——硼的平均扩散激活能，J/mol[7]

K——生长速率常数，m2/s

K0——常数

R——气体常数，J/ (mol·K)

T——温度，K

将Arrhenius公式两边取自然对数得:    (1.4)

由式(1.4)可知，平均扩散激活能Q通过lnK与1/T作图得到的直线斜率计算出来。