Состав для боромеднения стальных деталей

Состав для боромеднения стальных деталей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОСТАВ ДЛЯ БОРОМЕДНЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ преимущественно сложной конструкции из теплостойких инструментальных сталей, содержащий карбид бора, фтористьй натрий и меденасьпдающее вещество, отличающийся тем, что, с целью повЬппения насьщающей способности состава и класса чистоты упрочняемой поверхности , он дополнительно содержит борный ангидрид, а в качестве меденасыщающего вещества - сульфид меди при следующем соотношении компонентов , мас.%: Фтористый натрий 10-15 Борный ангидрид 15-20 Сульфид меди 10-15 Карбид бора Остальное

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4Ш С 23 С 8/70

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ri y

3:е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfTMA (21) 3668540/22-02 (22) 30.11.83 (46) 15.03.85. Бюл. 9 10 (72) В.Ф.Коростелев и Н.М.Игнатенко. (71) Владимирский политехнический институт . (53) 621.785.51.06(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 901348, кл. С 23 С 9/04, 1982.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 685716, кл. С 23 С 9/04, 1979. (54)(57) СОСТАВ ДЛЯ БОРОМЕДНЕНИЯ

СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ преимущественно сложной конструкции из теплостойких

„„SU„„1145052 А инструментальных сталей, содержащий карбид бора, фтористый натрий и меденасыщающее вещество, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения насыщающей способности состава и класса чистоты упрочняемой поверхности, .он дополнительно содержит борный ангидрид, а в качестве меденасыщающего вещества — сульфид меди при следующем соотношении компонен" тов, мас.Ж:

Фтористый натрий 10-15

Борный ангидрид 15-20

Сульфид меди 10-15

Карбид бора Остальное

4 1145052 3

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть применено в качестве насыщающей среды для диффузионного боромеднения стальных изделий, преимущественно штамйов объемного деформирования металлов и пресс-форм для литья сплавов под давлением.

Известен состав (1) для боромед- 10 нения стальных изделий, содержащий карбид бора, фтористый натрий и окись меди при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора 45-65 15

Фтористый натрий 2-10

Окись меди 25-45

Указанный состав при боромеднении штамповых сталей типа 5ХНМ, 4Х5ИФС, ЗХЗМЗФ и другйх содержит в недоста- 20 точном количестве активаторов диффузии бора и меди и не обеспечивает требуемой производительности процесса боромеднения. Легирующие элементы хром, никель, молибден, кремний 25 и другие задерживают диффузию бора, и меди, поэтому для получения диффузионных слоев глубиной 120-150 мкм требуется выдержка при высокой температуре от 8 до 12 ч, что неблагоприятно отражается на росте зерна аустенита и приводит к снижению пластичности и ударной вязкости после закалки и отпуска.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является состав )2) для боромеднения стальных деталей, содержащий карбид бора, медь, железную окалину, а в качестве активато"" 40 ра — фтористый натрий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Карбид бора . 45-65

Медь 3-6

Фтористый натрий 5-10

Желе зн ая окалин а 25-40

55

Укаэанный состав используется при боромеднении н окислительной печной атмосфере, что позволяет проводить химико-термическую обработку в закалку с одного нагрева. Однако такой процесс малоэффективен, так как не обеспечивает получение слоев необхо-димой толщины. Так, при закалке пресс-форм из стали 4Х5ИФС требуется выдержка при 1000-1050 С в течение о

5 ч. 3а это время, если совмещать с боромеднением, образуются слои толщиной 70-80 мкм. А для получения слоев толщиной 160-170 мкм требуется, выдержка 10-12 ч. Нагрев штампов из стали 5ХНМ под закалку проводят до температуры 820- 860 С, выдержка при этом составляет 1-2 ч. При совмещении с боромеднением образуются слои толщиной 40-50 мкм. Дальнейшее увеличение толщины слоев требует значительного увеличения температуры нагрева и времени выдержки, что существенно снижает производительность процесса упрочнения инструмента.

Кроме того, боромеднение в окислительной среде неприемлемо для таких изделий как штампы и пресс-формы, к качеству (шероховатости) и точности рабочей поверхности которых предьявляются особо высокие требования (7-8-й класс шероховатости, 3-2-й класс точности). При наличии в насыщающей смеси железной окалины возникает опасность стекания пасты с наклонных и вертикальных стенок при длительной высокотемпературной выдержке. Кислород из печной атмосферы проникает в насьпцающую смесь и в тех местах, где толщина пасты в результате стекания уменьшается, создаются условия для разъединения и растравливания рабочей упрочняемой поверхности. Соответствующие опыты показали, что окисление и разъедание поверхности практически невозможно предотвратить на выступах, острых кромках, боковых стенках.

Цель изобретения — повьппение насыщающей способности состава и класса чистоты упрочняемой поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что состав для боромеднения стальных деталей преимущественно сложной конструкции из теплостойких инструментальных сталей, содержащий карбид бора, фтористый натрий -и меденасьпцающее вещество, дополнительно содержит борный ангидрид, а в качестве меденасыщающего вещества— сульфид меди при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Фтористый натрий 10-15

Борный ангидрид 15-20

Сульфид меди 10-15

Карбид бора Остальное

Приготовленная смесь указанных компонентов засыпается слоем толщиной 20-30 мм на дно контейнера. Насыщаемая бором поверхность вдавливает3 1145 ся в слой смеси так, чтобы не оставалось пустых полостей между поверхностью и смесью. Если изделие насыщается бором со всех сторон, его погружают в смесь, чтобы и сверху был слой толщиной не менее 20-30 мм. Для того, чтобы исключить попадание в смесь кислорода иэ печной атмосферы, используется засыпка чугунной стружкой. Чугунная стружка насыпает- 10 ся в верхнюю часть контейнера слоем

30-40 мм и служит для создания безокислительной атмосферы на границе насыщаемая поверхность — смесь для боромеднения. Применение засыпки чугунной стружки исключает необходимость г рметизации контейнера.

Процесс химико-термической обработки совмещают с термообработкой.. После выдержки при технологической темпе- 2п ратуре контейнер вынимают из печи, раэрыхляют чугунную стружку, клещами извлекают боромедную деталь и охлаждают ее в зависимости от состава и других конкретных условий на возду-25 хе, в масле или изотермической среде.

Рентгеноструктурный анализ показывает, что при насыщении стальных образцов иэ предлагаемого состава диффузионный слой состоит из фаз

FeB и Ге В. При металлографических исследованиях установлено, что протяженность высокотвердой фазы РеВ незначительна и составляет не более

20Х от общей толщины боромедненного слоя. Микротвердость слоя на расстоянии 0,03 мм от поверхности составляет Нд =14-16 10 МПа. Микрорент (00 геноспектральным анализом наличие меди установлено в боридах железа 4 в пределах 1,5-2,5Х.

Введение в насыщующую смесь наряду с карбидом бора и фтористым нат.—

052 4 рием борного ангидрида и сульфида меди Cu S при указанном соотношении компонентов вызывает взаимодействие серы, образующейся при высокотемпературной выдержке в результате протекания обменных реакций с компонентами боросодержащей смеси. Образующаяся при этом газовая фаза на основе сульфидов бора типа В„S интенсифицирует доставку бора к насыщаемой поверхности стальных деталей.

Пример. Проводят диффузионное боромеднение из насыщающей смеси на образцах иэ стали 4Х5МФС размерами 55х55х10. Класс шероховатости поверхности 55х55 мм — седьмой. Размер .10 выполнен с допуском +0,02 мм.

Смесь приготавливают в смесителе порошкообразных компонентов (размер фракции 0,05-0,15 мм) и засыпают в контейнер слоем 20-30 мм. Борируе- . мые плитки насыщаемой поверхностью погружают в смесь на глубину 2-3 мм.

Сверху образцы засыпают чугунной стружкой слоем 30-40 мм. Контейнер устанавливают в печь, нагревают до температуры 1040 С и вццерживают о

6 ч. Закалку проводят с температуры диффузионного насыщения. После указанной обработки на поверхности образцов остаются частицы насыщающей смеси, которые удаляют в пескоструйных камерах.

Результаты диффузионного борирования образцов из стали 4Х5МФС представлены в таблице.

Компоненты для приготовления смеси: технический карбид бора зернистостью Ф 6, 7 или 8 (ГОСТ 3647-71 и 5744-74); борный ангидрид марки 4 (ГОСТ 10068-62); фтористый натрий марки 4 (ГОСТ 4463-66); сульфид меди (ТУ ОЭЗ 76-66).

1 145052 а

X Е

0 ) л ж1 О

1- О ж й

1 Ю

C)

О

+I л C4

М

I I

v v са о

Ц Е

М

Ф оо

4 Х о а

Э

Э Ц

1Э х v

1 1 о

М

Э о 1

4 О

1 P

ЛЭР:

Ц & э . u о

4 О

I а лЭ

Ц » о

4 О

I а

Э

Ц &

e v о

4 О а

Q)

Ц

e v

ЖЭ о

ЭО t7I эцо жХХ а о ц о Ж

e e!

3 :С I ое!

М

Ц о !

» о л о Х

Э ф л

l Д tC

la a о ж gp

t(s0 д о ц о

М

О

О

L" О

«1v cQ

Ф

03 М

Ж б

3 . 1

1 1

I P 1

1 Цi I

1 и

И 1 О

МIж а31 М

Х I C4! О

Э I Ж

Е l а

О I О! И

Д 1 а

Е 3I и 1 1

c6) а

О I C3 о — — —

v ! 1Л !

О О О vl Ih c4 О О О О сч с ) б 1 л о л 00

U1 Ф Ф 0 Л Ф Ю

1145

Составитель С. Столпникова

Редактор Ю.Ковач Техред А.Бабинец Корректор 0 Билак

Заказ 1123/21 Тираж 900 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Как видно из таблицы, глубина диффузионного слоя на образцах иэ стали 4Х5МФС при 1020-1050 С в течение 6 ч достигает 172 мкм, в то же. время при насыщении той же стали из обмазки известного состава при

1020-1040 С в течение 5 и 6 ч образуются слои толщиной 70 и 80 мкм соответственно. Для получения слоев толщиной 160-170 мкм из обмазки из- 1п вестного состава требуется выдержка при той же температуре 10-12 ч.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о повышении насыщающей способности состава в 1,8-2 раза.1

Кроме того, при насыщении образцов из стали 4Х5МФС из обмазки иэвестного состава наблюдается ухудшение состояния поверхности: снижается класс шероховатости, наблюдаются отклонения размеров до +200 мкм при номинальном размере 10 мм.

052 8

При боромеднении из предлагаемого состава качество поверхности безупречное, класс шероховатости не снижается, наблюдается стабильное изменение номинального размера в сторону увеличения толщины стенки. . Это изменение может быть учтено при выборе поля допуска на соответствующий размер.

Состав испытан на опытной партии плунжеров из стали 4Х5МФС, которые применяют при литье под давлением для запрессовки расплава в полость пресс-формы. Плунжеры находятся в непосредственном контакте с жидкой сталью и их стойкость беэ боромеднения составляет 150-250 запрессовок. Стойкость плунжеров после боромеднения из предлагаемого состава повышается в 4-5 раз и достигает

800-1000 запрессовок.