高碳鋼滲硼層硼化物價(jià)電子層次分析

趙志偉　關(guān)博文

【摘 要】本文應(yīng)用“固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論”從價(jià)電子層次分析了滲硼層硼化物FeB、Fe2B的結(jié)構(gòu)特征，并使用BLD（鍵距差法）計(jì)算了FeB、Fe2B的n′α及E′α值，經(jīng)過(guò)分析解釋了FeB及Fe2B的脆性原因，以及滲硼過(guò)程中組織形成Fe2B和FeB的電子層次機(jī)理。

【關(guān)鍵詞】FeB；Fe2B；EET；滲硼；價(jià)電子

0 前言

滲硼工藝可以使鋼鐵零件獲得很高的表面硬度、優(yōu)良的耐摩性和耐腐蝕性能、抗高溫氧化性和較高的疲勞強(qiáng)度等，而廣泛的應(yīng)用于拉絲模 、鍛模、穿孔針、 油泵、注塞 件、閥門等機(jī)件上[1]。多年來(lái)，人們對(duì)滲硼層硼化物進(jìn)行了大量的研究工作[2]，一般的，滲硼層有單相（Fe2B）或雙相（FeB+Fe2B）。通常，人們希望得到鋸齒狀的Fe2B單相硼化物，這是因?yàn)榕鸷繛?6.23%的FeB（斜方晶體）比硼含量為8.8%的Fe2B（四方晶體）更脆，并且由于FeB和Fe2B的熱膨脹系數(shù)不同，當(dāng)載荷較大時(shí)容易在FeB/Fe2B的界面產(chǎn)生裂紋，造成表面滲層的剝落。而滲硼層中各相的形成主要取決于滲硼溫度及時(shí)間，如果硼化劑的活性較高，滲硼的時(shí)間足夠長(zhǎng)，將在Fe2B層的外側(cè)形成含硼量更高的FeB化合物，滲層脆性增加。但如果滲硼時(shí)間過(guò)短，只形成Fe2B，會(huì)造成滲層厚度不夠，也會(huì)影響零件的耐磨性能和機(jī)械性能。因此，需要合理的控制熱處理工藝，來(lái)實(shí)現(xiàn)雙相FeB（少量）+Fe2B的滲層組織[3]。

本文依據(jù)固體與分子經(jīng)驗(yàn)電子理論，計(jì)算了FeB和Fe2B的晶體結(jié)構(gòu)模型，從價(jià)電子的角度分析滲硼層硼化物的脆性本質(zhì)，為更好的進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

1 滲硼層組織相結(jié)構(gòu)參數(shù)

1.1 FeB晶胞模型

2 計(jì)算結(jié)果及分析

但是Fe2B中最強(qiáng)鍵與第二鍵的E′值所差無(wú)幾，可以近似認(rèn)為兩鍵成鍵能力相同，這將加大Fe2B的整體形成能力，加快Fe2B的形成速度及數(shù)量。使得Fe2B先于FeB形成，而隨著滲硼時(shí)間的繼續(xù)，組織中將形成FeB。這也正好說(shuō)明了滲硼過(guò)程中，硼層組織中存在少量的FeB以及大量的Fe2B組織。

3 結(jié)論

3.1 滲硼層硼化物的組織脆性主要由于晶胞中存在較大的n′落差梯度，容易造成應(yīng)力過(guò)于集中，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂，宏觀表現(xiàn)為組織脆性。

3.2 滲硼層中主要存在大量的Fe2B是因?yàn)槠涑涉I能力遠(yuǎn)高于FeB，加快了Fe2B的成鍵速度，因此組織中主要為Fe2B。

【參考文獻(xiàn)】

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