[发明专利]铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金

说明书

本发明铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金属固态表面冶金范畴。

普通冶金产品铁、钨、钼、钴时效硬化合金已列入美国冶金产品目录，郭耕三所著的由机械工业出版社出版的《高速钢及其热处理》一书中有相关的介绍。国内对铁、钨、钼、钴型，铁、钨、钼、钴、镍型合金也已进行了研究，研究文章发表在1993年机械工程材料杂志。铁、钨、钼、钴时效硬化合金在钛合金和镍基高温合金加工方面显示出很大的优越性。但由于其高的合金含量，特别是高的钴含量，使这种合金韧性不足，价格昂贵，这些均影响了这种合金的广泛应用。

本发明铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金公开一种在价格低廉材料表面进行铁、钨、钼、钴合金化，形成铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金的技术方案。

铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金其技术特征在于采用钨、钼、钴源，源成分为钴(37-45％)，钨(28-35％)，钼(25-35％)，利用双层辉光离子渗金属技术或其它表面冶金技术在低碳钢、工业纯铁、高碳钢或低合金钢基材表面形成铁、钨、钴，铁、钼、钴或铁、钨、钼、钴高合金层的一种合金。其表面合金表层的成分范围是钴(18～30％)，钨(9～20％)，钼(5～15％)其余铁。铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金渗金属、固溶、时效之后的组织，内层因所选基材不同而不同，表层组织分别为合金铁素体和分布于基体上的金属间化合物、低碳合金马氏体和残留的少量奥氏体和部分未溶金属间化合物、回火马氏体和大量析出的细小金属间化合物和原先未溶金属间化合物。

利用双层辉光离子渗金属技术进行表面合金化，其渗金属工艺为渗金属温度θ：1150～1260℃，渗金属时间t≥4小时，工作气体：工业纯氩，炉内气压P:30～100Pa，源极电压V:900～1400v，源极电流面密度σ:2.5～4mA/cm²,阴极电压V:350～600v，阴极电流面密度σ:1.3～3mA/cm²。铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金渗金属之后进行固溶和时效处理，其热处理工艺为固溶温度θ:1200～1260℃，加热时间随工件尺寸而定，油中冷却；时效温度θ:500～560℃，加热时间20～60分钟，铁、钨、钼、钴型表面时效硬化合金通过固熔和时效处理发生强烈的时效硬化。其硬化特征是通过析出弥散的金属间化合物而发生硬化，时效后硬度由固溶态的400Hv_0.2左右上升到1000～1200Hv_0.2,700℃加热2小时表层硬度仍在600～700Hv_0.2。

本发明的具体实施步骤如下：

1．源极制作

利用钨、钼、钴的原子量，利用原子百分比与重量百分比的转换关系，利用钨、钼、钴在1kev能量下的溅射率等数据进行源极成分设计，用粉末冶金方法或其它冶金方法制做源极。源极成分为钴：37～45％，钨：28～35％，钼：25～35％。根据要求，源极可制成各种形状，如板状，条状，刷状等。

2．工件选择

根据需要，工件可以是低碳钢、工业纯铁、高碳钢或合金钢。当碳量大于0.2％时，在表面合金化之前，先进行表层一定深度的脱碳处理，以保证时效时表层主要发生金属间化合物的析出强化。

3．双层辉光离子渗金属

在双层辉光离子渗金属炉中，以制作的源极板为源极，以所选工件为阴极，以工业纯Ar为工作气体进行表面合金化。具体渗金属工艺如前所述。

4．固溶、时效处理

将渗金属试样在高温盐炉中加热，然后油中冷却。将固溶试样在回火炉中进行时效处理，具体热处理工艺如前所述。时效时通过析出(FeCo)₃(WMo)₂,(FeCo)₇(WMo)₆,(FeCo)₂(WMo)等弥散相发生强烈的时效硬化作用。