冷作模具一般应用于承载压力大、摩擦时间长的恶劣环境中,经常未达到使用寿命而过早失效。常规热处理已不能满足实际需求,考虑到渗硼表面处理具有易于控制、成本低廉和设备简单的优点,因此,采用粉末法对Cr12型冷作模具钢进行固体渗硼处理,以获得良好致密性、较大厚度和低脆性的渗硼层为目标,最终达到延长零件使用寿命的目的。首先,寻找最优渗剂配方,通过正交试验确定最佳渗硼工艺。然后,将渗剂配方推广应用于其他冷作模具钢种Cr12MoV,结合Cr12钢,全面考察渗硼层各项性能,如硬度、断裂韧性和耐磨性等。为掌握渗硼规律及特点,分别对Cr12钢和Crl2MoV钢进行渗硼动力学研究,计算硼原子生长速率常数和扩散激活能,绘制渗硼层等厚曲线图,为实际生产应用提供理论依据。实验得到最优渗剂配方为5% B4C+20% Na2B4O7+65% Na3AlF6+10% C,具体渗硼工艺要根据实际生产需求来不断调整,其中Crl2MoV钢所需渗硼温度相对较高。Cr12钢渗层表面以Fe2B相为主,硬度约1714HV/0.2;Cr12MoV钢以FeB相为主,硬度约1400HV/0.2。在夹缝组织和过渡区指状硼化物前沿均检测到Cr7C3相和大量C原子以及少量B原子。随着温度升高和保温时间延长,渗层断裂韧性不断降低。不同工艺条件下Cr12MoV钢渗层断裂韧性范围为2.97～6.43 MPa·m1/2;同样条件下,其渗层断裂韧性小于Cr12钢。室温下,Crl2MoV钢渗硼后耐磨性优于Cr12钢,随着温度的升高,摩擦系数有减小的趋势。计算得到Cr12钢和Crl2MoV钢硼原子扩散激活能分别为224.68kJ/mol和236.87kJ/mol。