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【摘 要】本文应用“固体与分子经验电子理论”从价电子层次分析了渗硼层硼化物FeB、Fe2B的结构特征,并使用BLD(键距差法)计算了FeB、Fe2B的n′α及E′α值,经过分析解释了FeB及Fe2B的脆性原因,以及渗硼过程中组织形成Fe2B和FeB的电子层次机理。

【代写硕士论文关键词】FeB;Fe2B;EET;渗硼;价电子

前言

渗硼工艺可以使钢铁零件获得很高的表面硬度、优良的耐摩性和耐腐蚀性能、抗高温氧化性和较高的疲劳强度等,而广泛的应用于拉丝模、锻模、穿孔针、油泵、注塞件、阀门等机件上[1。多年来,人们对渗硼层硼化物进行了大量的研究工作[2],一般的,渗硼层有单相(Fe2B)或双相(FeB+Fe2B)。通常,人们希望得到锯齿状的Fe2B单相硼化物,这是因为硼含量为16.23%的FeB(斜方晶体)比硼含量为8.8%的Fe2B(四方晶体)更脆,并且由于FeB和Fe2B的热膨胀系数不同,当载荷较大时容易在FeB/Fe2B的界面产生裂纹,造成表面渗层的剥落。而渗硼层中各相的形成主要取决于渗硼温度及时间,如果硼化剂的活性较高,渗硼的时间足够长,将在Fe2B层的外侧形成含硼量更高的FeB化合物,渗层脆性增加。但如果渗硼时间过短,只形成Fe2B,会造成渗层厚度不够,也会影响零件的耐磨性能和机械性能。因此,需要合理的控制热处理工艺,来实现双相FeB(少量)+Fe2B的渗层组织[3]。

本文依据固体与分子经验电子理论,计算了FeB和Fe2B的晶体结构模型,从价电子的角度分析渗硼层硼化物的脆性本质,为更好的进行工艺设计提供依据。

1 渗硼层组织相结构参数

1.1 FeB晶胞模型

2 计算结果及分析

但是Fe2B中最强键与第二键的E′值所差无几,可以近似认为两键成键能力相同,这将加大Fe2B的整体形成能力,加快Fe2B的形成速度及数量。使得Fe2B先于FeB形成,而随着渗硼时间的继续,组织中将形成FeB。这也正好说明了渗硼过程中,硼层组织中存在少量的FeB以及大量的Fe2B组织。

3 结论

3.1 渗硼层硼化物的组织脆性主要由于晶胞中存在较大的n′落差梯度,容易造成应力过于集中,导致结构破裂,宏观表现为组织脆性。

3.2 渗硼层中主要存在大量的Fe2B是因为其成键能力远高于FeB,加快了Fe2B的成键速度,因此组织中主要为Fe2B。

【参考文献】

[1]王克武.45#碳钢渗硼工艺及性能研究[J].四川轻化工学院学报.1997;10(2):39-44.

[2]李木森,傅绍丽,徐万东,等.Fe2B相价电子结构及其本质脆性[J].金属学报.1995;31(5):201-207.

[3]]慕东,王渠东,沈保罗.渗硼对钢铁表面组织与性能影响的研究现状[J].材料导报,2009(7):42-44.

[4]刘志林,林成.合金电子结构参数统计值及合金力学性能计算[M].北京:冶金工业出版社,2007:15-16,159-181.

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