Способ борирования стальных деталей

Способ борирования стальных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев до температуры обработки в порошкообразном составе и выдержку, отличающийся тем, что, с целью снижения деформации обрабатываемых изделий и трудоемкости за счет снижения температуры обработки, нагрев осуществляют до 550-б50с в порошкообразном составе, содержащем карбид бора, ,хлорид олова и фтороборат калия при следующем (соотношении компонентов , вес.%: Хлорид олова2-4 Фтороборат калия 4-6 Карбид бораОстальное

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) С 23 С 9 04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1.

2-4

4-6

Остальное (21) 3423137 22-02 (22) 15.04.82 (46) 23.08.83. Бюл. 9 31 (72) Г.Д.Габинская, Н.M.Kîëåñíèê, Н.A,Áóêðeåâà и Л.И.Гуревич (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (53) 621.785 ° 51.539(088.8 (56) 1 ° Авторское свидетельство СССР

9 277496, кл. С 23 С 9/04, 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

9 802382, кл. С 23 С 9/04, 1981

„„SU„„1036799 А (54) (57) СПОСОБ SOP HPOBAHHSI СТАЛЬНЫХ

ДЕТАЛЕЙ, включающий нагрев до температуры обработки в порошкообразном составе и выдержку, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения деформации обрабатываемых изделий и трудоемкости за счет снижения температуры обработки, нагрев осуществляют до 550-650 С в порошкообразном составе, содержащем карбид бора,,хлорид олова и фтороборат калия при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Хлорид олова

Фтороборат калия

Карбид бора

CO

CO

Cb

ЯР

10 36799

45

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, в частности к диффузионному борированию деталей в порошкообраэных смесям.

Известен способ борирования, S заключающийся в том, что контейнеры с борирующей смесью и деталями нагревают до 950-1000ОC выдерживают, выгружают иэ печи и охлаждают на воздухе (1 ).

Недостатком известного способа .является высокая температура процесса, что приводит к повышенной деформации деталей и тем самым снижается качество деталей и повышается трудоемкость процесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ борирования стальных деталей, при котором детали перед нагревом под борирование подвергают закалке с низким отпуском в интервале температур 210-230С C. Такая предварительная термическая Обработка обеспечивает минимальное изменение размеров деталей после борирования (2 ).

Недостатком способа является его трудоемкость, за счет введения дополнительных операций предварительной термической обработки. 30

Цель изобретения — снижение деформации обрабатываемых изделий и трудоемкости эа счет снижения температуры обработки.

Поставленная цель достигается . 35 тем, что согласно способу борирования стальных деталей, включаюцему нагрев до температуры обработки в порошкообразном составе и выдержку, нагрев осуществляют до 550-650 С в порош- 40 кообразном составе, содержащем кар- . бид бора, хлорид олова, фтороборат калия при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Хлорид олова 2-4

Фтороборат калия 4-6

Карбид бора Остальное

Введение активаторов хлорида олова и фторобората калия объясняется тем, что эти вещества, являясь 50 энергетичными восстановителями, понижают температуру .разложения карбида бора, !

Хлорид олова SnCf 2H20 образует бесцветные кристаллы и является 55 энергичным восстанов лтелем.

При нагревании происходит его частичный гидрОлиэ с образованием осадка основной соли.

Выделяющиеся газы вытесняют иэ 60 контейнера воздух и препятствуют окислению покрываемых деталей. В результате взаимодействия борсодержащей шихты с газовой средой образу; ется хлорид бора, который осуществля- 5 ет перенос бора через газовую фазу на насыщаемую поверхность.

Вследствие восстановления водоро= дом на поверхности насыщаемого изделия образуются активные атомы бора.

Таким образом, насыщение происходит фактически иэ газовой фазы эа счет следующих, одновременно протекающих процессов: образование хлоридов. бора, ббраэование в результате реакции восстановления активных атомов бора, образования на насыщаемой поверхности боридов и отвод атомов из зоны реакции вглубь металла за счет диффузии, Однако при использовании хлоридных активизаторов образование газовой среды протекает с высокой скоростью в первые промежутки процесса борирования, что приводит к значительным потерям активизатора и борирующей газовой среды. Поэтому для образования устойчивой газовой среды дополнительно вводится фторидный активизатор KBF. Это объясняется тем, что в результате взаимодействия фтбридных активиэаторов и карбида бора обеспечивается достаточно длительное время образование газовой среды в объеме контейнера, при этом создается некоторое избыточное давление. Это препятствует проникновению кислорода к смеси и упрочняемым изделиям.

Снижение деформации деталей, борированных при 550-650 С, объясняется следующим образом. .На изменение размеров (деформации ) борированных при 920-950 С деталей оказывает влияние как образование борированного слоя особенно в случае борирования малых по сечению деталей, так и объемные изменения металла, вызванные структурными и фазовыми преврацениями в его основе. При этом изменение размеров из-за непосредственного борирования слоя составляет величину не более 10-20Ъ от толщины самого слоя. Основное же изменение в размеры вносят структурные и фазовые преврацения, которые претерпевает основа в результате нагрева под борирование и последуюцего охлаждения.

При борировании при 550-650 С в основе происходит только перекристаллизация перлита, взаимное же распределение структурных составляющих перлита и феррита сохраняется без изменения, в связи с этим изменение объема и размеров практически не происходит.

Предлагаемый способ осуцествляют со следующей последоватеЛьностью операций: приготавливают рабочую смесь, нагревают печь до 550-650 С, загружают контейнеры вместе с дета1036 99

Таблица 1

Состав, %

1 ) L f i

Компонен.ты

1 2 3 4 5 б

Карбид бора

Основа Основа Основа Основа Основа Основа

Хлорид олова

Фторборат калия лями.и рабочей смесью в печь, производят выдержку в течение б ч с момента прогрева контейнера, контейнеры охлаждают с печью, затем выг.ружают и распаковывают.

- 5

Пример. По предлагаемому способу иэ заготовок конструкционной стали 45 изготавливают девять цилиндров длиной 60 мм с наружным и внутренним диаметром соответственно

20-.30 мм.

Готовят шесть составов рабочих смесей, содержащих компоненты в оптимальном количестве (3) и граничных пределов (2 и 4)), а также ниже граничных значений (1) и выше граничных значений (5 ).

Составы приготовленных смесей приведены, в табл. 1.

Цилиндры загружают в контейнер с рабочей смесью. Контейнер закрывают крышкой, эагерметиэируют и загружают в печь, нагретую до оптимальной температуры 600 С, при различных составах смесей граничных пределов

550 и 650пС, а также ниже граничных значений 500 С и выше граничных значений 700 С.

Контейнеры выдерживают при заданных температурах в течение б ч, затем выключают печь и контейнеры ЗО охлаждают вместе с печью, после чего выгружают на воздух. После печного охлаждения контейнеры вскрывают и извлекают иэ них цилиндры.

Результаты борирования в предла- 35 гаемых смесях и температурах представлены в табл. 2.

Содержание хлорида олова и фторобората калия, соответственно, в коли-честве 2-4 и 4-6% объясняется тем, 4р что при меньшем содержании ослабляется активность, восстановительной способности хлорида олова и фторобората калия, а при большем содержании интенсивность йосстанови ельной 45 способности не увеличивается.

Для получения сравнительных данных параллельно проводят борирование однотипных деталей по известному способу.

С этой целью из заготовки конструкционной стали 45 изготавливают три цилиндра длиной 60 мм с наружным и внутренним диаметром соответственно 20 и 30 мм. На каждый размер оставляют припуск под шлифовку 0,1 мм.

Цилиндры закаливают при 850ОC в воде и в течение 1 ч при 210-230 С.

Затем цилиндры шлифуют, измеряют размеры и загружают в контейнер с карбидом бора. Контейнер загружают в печь, нагретую до 920ОС, прогревают 2 ч и выдерживают в течение б ч.

Затем контейнер охлаждают вместе с о печью до 450 С и выгружают на воздух. После полного охлаждения контейнер вскрывают и извлекают иэ него цилиндры.

Измерения всех борированныхлцилиндров производят с точностью 1 мкм на горизонтальном оптиметре

ИКГ-3.

В табл. 3, представлены данные по деформации стальных деталей.

Результаты измерений показывают, что оптимальной температурой борирования, предельно снижающей деформа-! цию, является температура,550-650ОC.

Борирование при температурах выше

-или ниже 550-650 С приводит соответственно к отсутствию процесса насыщения или к увеличению размеров борированных деталей.

Таким образом, проведение насыщения предлагаемым способом В интервале температур 550-650 С за счет .содержания в смеси хлорида олова и фторобората калия обеспечивает по сравнению с известным снижение энергоемкости процесса, сокращение загрузки дефицитного печного оборудования, снижение себестоимости изготовления деталей, технологического цикла изготовления деталей, деформации деталей и расхода электроэнергии.

1036799

Таблица 2

Температура насыщения

Толщина слоя, мкм

Состав (4 1

500

60-80

60-80

60-80

60-80

50-60

120-140

550

120-140

120-140 120-140

120-140

120-140 120-140120-140

600

120-1 40

120-140

60-80

650

120-140 120-140

700

120-140 120-140

120-140

120-140

60-80

Таблица 3

Изменение размеров после борирования,мм

Способ борирования

Наружный диаметр

Внутренний диаметр

Длина

-0,002

550

Предлагаемый

-0,003

600

-0,003

+0i001

+0,002

650

-0,003

+0i001

+0,002

700

-0,009

+0,006

-0,006

+0,008 — 0,002

+0, 001

Известный

+0i000

+0,001

-0,003

+0,002 борирование 900

-0,003

+0,002

+О, 001

ВНИИ(1И Заказ 5947/28 965 Подписное

Филиал ГП1П "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4

Т емп ер атура насыще о ния, С

3 ак алка с отпуском

210-230

+0,000

+5,ОЮ1

+0,001

+0,0 0

+0,001

+0i000

+0,001

+0,005

+0i003

+0,003

+0,001

+0 002

+0,002

+0,001

+0 002

+0i001

+0,002

+0,006

-0,003

-0,002 -О, 003

-0,002

-0,003

-0,009