RU2622502C1 - Method of speed boring of the steel detail - Google Patents
Method of speed boring of the steel detail Download PDFInfo
- Publication number
- RU2622502C1 RU2622502C1 RU2016108338A RU2016108338A RU2622502C1 RU 2622502 C1 RU2622502 C1 RU 2622502C1 RU 2016108338 A RU2016108338 A RU 2016108338A RU 2016108338 A RU2016108338 A RU 2016108338A RU 2622502 C1 RU2622502 C1 RU 2622502C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boron
- powder mixture
- steel
- heating
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/68—Boronising
- C23C8/70—Boronising of ferrous surfaces
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано для упрочнения поверхностей деталей типа рабочих органов машин в сельском хозяйстве, горнорудной промышленности, дорожном строительстве и др.The invention relates to mechanical engineering, namely to chemical-thermal treatment, and can be used to harden the surfaces of parts such as the working bodies of machines in agriculture, mining, road construction, etc.
Известно, что бор - исключительно активный и реакционно-способный элемент, легко окисляется и связывается в нитрид даже крайне малыми остаточными концентрациями кислорода и азота в атмосфере, борирующей шихте и в металле, что отчасти объясняет длительность и сложность аппаратурного оформления технологий диффузионного борирования стали, поэтому при насыщении поверхности стальной детали бором необходимо предотвратить его расходование на конкурирующие химические реакции - окисление и азотирование. В конечном итоге это позволит обеспечить требуемые физико-механические свойства и толщину борированного слоя на упрочняемой детали. Поэтому при насыщении бором поверхности стальной детали при температурах от 800 до 1300°С требуется соблюдение особых мер, позволяющих максимально использовать активный бор для получения износостойкого покрытия большой толщины.It is known that boron, an extremely active and reactive element, is easily oxidized and bound to nitride by even extremely low residual concentrations of oxygen and nitrogen in the atmosphere, boron mixture and in metal, which partly explains the duration and complexity of the hardware design of diffusion boronation of steel, therefore when the surface of a steel part is saturated with boron, it is necessary to prevent its expenditure on competing chemical reactions - oxidation and nitriding. Ultimately, this will ensure the required physical and mechanical properties and the thickness of the borated layer on the hardened part. Therefore, when boron is saturated with the surface of a steel part at temperatures from 800 to 1300 ° C, special measures must be taken to maximize the use of active boron to obtain a wear-resistant coating of large thickness.
Из известного уровня развития техники в качестве аналога изобретения выступает способ скоростного ТВЧ-борирования, описанный в [Мишустин Н.М., Иванайский В.В., Ишков А.В. Состав, структура и свойства износостойких покрытий, полученных на сталях 65Г и 50ХГА при скоростном ТВЧ-борировании // Известия Томского политехнического университета. - 2012. - Т. 320. - №2. - С. 68-72.], согласно которому борирование поверхности деталей, выполненных из сталей 65Г или 50ХГА, на глубину до 800 мкм, осуществляют путем насыщения их бором в течение 1÷2 мин при ТВЧ-нагреве заготовок покрытых обмазкой на основе смеси карбида бора или аморфного бора с различными активаторами (NH4Cl, СаF2) и плавленым флюсом для индукционной наплавки марки П-0,66.From the known level of development of technology as an analogue of the invention is the method of high-speed high-frequency boronization described in [Mishustin NM, Ivanaysky VV, Ishkov AV Composition, structure and properties of wear-resistant coatings obtained on steels 65G and 50KhGA at high-speed high-frequency boron boiling // Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. - 2012. - T. 320. - No. 2. - S. 68-72.], According to which the boroning of the surface of parts made of steel 65G or 50KHGA to a depth of 800 microns is carried out by saturating them with boron for 1 ÷ 2 min during high-frequency heating of coated preforms based on a carbide mixture boron or amorphous boron with various activators (NH 4 Cl, CaF 2 ) and fused flux for induction surfacing grade P-0,66.
Недостаток аналога состоит в том, что при ТВЧ-нагреве поверхности стальной детали до высокой температуры 1200-1300°С происходит окисление кислородом воздуха активного бора, выделяющегося из обмазки, а также протекание конкурирующей химической реакции бора с азотом. Оба процесса в совокупности снижают концентрацию активного бора на упрочняемой поверхности детали, что снижает твердость, толщину и износостойкость покрытия.A disadvantage of the analogue is that when the high-temperature heating of the surface of a steel part to a high temperature of 1200-1300 ° C occurs, oxygen oxidizes active boron released from the coating by oxygen, as well as a competing chemical reaction of boron with nitrogen. Both processes together reduce the concentration of active boron on the hardened surface of the part, which reduces the hardness, thickness and wear resistance of the coating.
Частично недостаток способа скоростного ТВЧ-борирования устраняется при использовании другого аналога - среды для борирования стали по [А.С. 1643630 SU, МПК С23С 8/68, заявл. 28.02.89, опубл. 23.04.91, бюл. №15.], в котором насыщение стальной поверхности бором проводят из порошковой смеси, содержащей, мас.%: аморфный бор 94÷98, и углекислые соли щелочных металлов 2÷6, а для предотвращения спекания в печь подают аргон. При использовании этого аналога насыщение бором стальной поверхности проводят при температуре 850±10°С, что позволяет уменьшить интенсивность нежелательных процессов окисления бора и его взаимодействия с азотом.Partially, the disadvantage of the high-speed HDB boroning method is eliminated by using another analogue - steel boronation medium according to [A.S. 1643630 SU, IPC
Однако недостатком этого аналога является длительность процесса, который осуществляется в течение 3 ч, небольшая толщина борированного слоя на поверхности детали, которая не превышает 85-100 мкм и применение в составе порошковой смеси дорогого ингредиента - аморфного бора, являющегося сырьем полупроводниковой промышленности.However, the disadvantage of this analogue is the duration of the process, which is carried out for 3 hours, the small thickness of the borated layer on the surface of the part, which does not exceed 85-100 microns, and the use of an expensive ingredient, amorphous boron, which is the raw material of the semiconductor industry, as part of a powder mixture.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом), является способ борирования стальных деталей по [А.С. №663755 SU, МПК С23С 9/04, заявл. 02.03.77, опубл. 25.05.79, бюл. №19.] в котором насыщение стальной поверхности бором проводят в защитной атмосфере продуктов пиролиза предельных и непредельных углеводородов (продукты разложения керосина) из смеси порошков карбида бора и углекислых солей щелочных и щелочноземельных металлов(углекислый кальций и углекислый натрий) из порошковой смеси следующего состава, мас.%: СаСОз 0,5÷1,0; Na2CО3 1,0÷2,5; В4С - остальное, при температурах 850÷1050 С в течение 2÷8 ч. Замена нейтральной атмосферы аргона, используемой в аналоге, на восстановительную атмосферу продуктов пиролиза предельных и непредельных углеводородов позволили отказаться в прототипе от использования дорогостоящего аморфного бора, а насыщение поверхности стальной детали в смеси порошков оптимального состава позволило получить боридный слой толщиной 150÷180 мкм.The closest in technical essence to the claimed invention (prototype), is a method of borating steel parts according to [A.S. No. 663755 SU, IPC С23С 9/04, declared 03/02/77, publ. 05/25/79, bull. No. 19.] In which the saturation of the steel surface with boron is carried out in a protective atmosphere of pyrolysis products of saturated and unsaturated hydrocarbons (kerosene decomposition products) from a mixture of powders of boron carbide and carbonic salts of alkali and alkaline earth metals (calcium carbonate and sodium carbonate) from a powder mixture of the following composition, wt.%: CaCO3 0.5 ÷ 1.0; Na 2 CO 3 1.0 ÷ 2.5; At 4 C, the rest, at temperatures of 850 ÷ 1050 C for 2 ÷ 8 hours. Replacing the neutral argon atmosphere used in the analogue with the reducing atmosphere of the pyrolysis products of saturated and unsaturated hydrocarbons allowed the prototype to abandon the use of expensive amorphous boron, and saturation of the surface steel parts in a mixture of powders of optimal composition allowed to obtain a boride layer with a thickness of 150 ÷ 180 microns.
Однако процесс по-прежнему остается длительным (2-8 ч). К недостаткам прототипа следует также отнести сложность получения, поддержания состава и дозирования защитной атмосферы, а также невысокие физико-механические свойства и износостойкость упрочняемой стальной детали, как за счет того, что образующийся боридный слой состоит, преимущественно, только из одного борида Fe2B, так и за счет роста аустенитного зерна в упрочняемых сталях при высокой температуре и длительности процесса.However, the process still remains long (2-8 hours). The disadvantages of the prototype should also include the difficulty of obtaining, maintaining the composition and dosing of the protective atmosphere, as well as the low physical and mechanical properties and wear resistance of the hardened steel part, due to the fact that the boride layer formed mainly consists of only one boride Fe 2 B, and due to the growth of austenitic grain in hardened steels at high temperature and duration of the process.
Задачей настоящего изобретения является интенсификация и упрощение процесса, а также повышение износостойкости упрочняемой детали за счет повышения твердости и увеличения толщины боридного слоя.The present invention is the intensification and simplification of the process, as well as improving the wear resistance of the hardened parts by increasing hardness and increasing the thickness of the boride layer.
Настоящая задача решается тем, что в способе скоростного борирования стальной детали, включающем предварительную подготовку порошковой смеси, нанесение ее на упрочняемую поверхность, нагрев и насыщение поверхности бором в защитной среде, в качестве защитной среды используют газ аргон при Ризб. 100÷200 Па, порошковая смесь имеет состав, мас.%:The present problem is solved by the fact that in the method of high-speed boronation of a steel part, including preliminary preparation of the powder mixture, applying it to a hardened surface, heating and saturation of the surface with boron in a protective medium, argon gas is used as a protective medium at R h . 100 ÷ 200 Pa, the powder mixture has a composition, wt.%:
а нагрев детали осуществляют токами высокой частоты до температуры 1200÷1300°С, в течение 90÷120 с.and the heating of the part is carried out by high-frequency currents to a temperature of 1200 ÷ 1300 ° C, for 90 ÷ 120 s.
Технический результат изобретения достигается за счет использования нового состава шихты для насыщения поверхности стальной детали бором, изменения режимов борирования и смены защитой среды.The technical result of the invention is achieved through the use of a new composition of the mixture to saturate the surface of the steel part with boron, change the boronation regimes and change the protective environment.
Так увеличение толщины боридного слоя достигается за счет защиты борирующего состава и поверхности детали от кислорода воздуха, посредством создания избыточного давления инертного газа (аргона) в течение всего процесса борирования, а также за счет выделения при температуре более 1000°С кальция и кремния из введенного в борирующий состав силицида кальция при его разложении. Указанные элементы являются сильными восстановителями, интенсифицируют процесс борирования и подавляют конкурирующие реакции при взаимодействии бора с азотом воздуха и азотом, растворенным в легкоплавких эвтектиках (960-1150°С), образующихся на упрочняемой поверхности детали.Thus, an increase in the thickness of the boride layer is achieved by protecting the borating composition and the surface of the part from atmospheric oxygen, by creating an inert gas (argon) overpressure during the entire boron process, as well as by releasing calcium and silicon from a temperature of more than 1000 ° С the borating composition of calcium silicide during its decomposition. These elements are strong reducing agents, intensify the process of boronation and suppress competing reactions during the interaction of boron with air nitrogen and nitrogen dissolved in low-melting eutectics (960-1150 ° С) formed on the hardened surface of the part.
Твердость получаемого покрытия возрастает за счет увеличения действующей концентрации активного бора на упрочняемой поверхности, так как он не расходуется на конкурирующие реакции с азотом и кислородом а идет на образование более твердой упрочняющей фазы FeB (см. фиг. 4).The hardness of the resulting coating increases due to an increase in the active concentration of active boron on the hardened surface, since it is not spent on competing reactions with nitrogen and oxygen, but rather on the formation of a harder hardening phase FeB (see Fig. 4).
В результате увеличения твердости и толщины получаемого боридного покрытия повышается и износостойкость упрочняемой детали, по сравнению с прототипом, при трении о не жестко закрепленный абразив (см. фиг 4).As a result of increasing the hardness and thickness of the resulting boride coating, the wear resistance of the hardened part also increases, compared with the prototype, when rubbing against a non-rigidly fixed abrasive (see Fig. 4).
Интенсификация процесса борирования происходит, главным образом, за счет достижения оптимальной температуры для скоростного борирования (1200-1300°С), не по всему объему упрочняемой детали, а лишь в ее тонком (0,1-0,5 мм) поверхностном слое, где располагается нанесенная для борирования шихта, что реализуется в предлагаемом способе при нагреве детали токами высокой частоты (ТВЧ-нагрев).The intensification of the boronation process occurs mainly due to the achievement of the optimum temperature for high-speed boronation (1200-1300 ° C), not over the entire volume of the hardened part, but only in its thin (0.1-0.5 mm) surface layer, where the mixture is deposited for boronation, which is implemented in the proposed method when the part is heated by high-frequency currents (high-frequency heating).
Кроме того, использование в предлагаемом изобретении буры и криолита в борирующем составе, вместо углекислых солей щелочных и щелочно-земельных металлов в прототипе, и уменьшение массовой доли карбида бора позволили осуществлять насыщение поверхности стальной детали бором не в твердом, а в твердожидком состоянии, что многократно увеличило скорость процесса.In addition, the use in the proposed invention of borax and cryolite in a boron composition, instead of carbonic salts of alkali and alkaline earth metals in the prototype, and a decrease in the mass fraction of boron carbide allowed the surface of the steel part to be saturated with boron not in a solid but in a solid-liquid state, which is many times increased the speed of the process.
Использование защитной газовой среды аргона в предлагаемом способе, вместо продуктов пиролиза предельных и непредельных углеводородов в прототипе, также упрощает процесс на стадии получения, поддержания состава и дозирования защитных газов в зону борирования. Кроме того, аргон, как химически инертный газ, полностью исключает протекание конкурирующих химических реакций окисления стальной поверхности, окисления и азотирования активного бора, окисление образовавшегося борированного слоя, и другие конкурирующие процессы, что способствует более глубокому насыщению бором поверхности стальной детали, увеличению его поверхностной концентрации и протеканию реакций, приводящих к образованию более твердого борида железа FeB и увеличению его содержания в покрытии.The use of a protective argon gas environment in the proposed method, instead of the pyrolysis products of saturated and unsaturated hydrocarbons in the prototype, also simplifies the process at the stage of obtaining, maintaining the composition and dosing of protective gases in the boron zone. In addition, argon, as a chemically inert gas, completely eliminates the occurrence of competing chemical reactions of oxidation of the steel surface, oxidation and nitriding of the active boron, oxidation of the formed boron layer, and other competing processes, which contributes to a deeper saturation of the surface of the steel part with boron and an increase in its surface concentration and reactions leading to the formation of harder iron boride FeB and an increase in its content in the coating.
При ТВЧ-нагреве детали под слоем предлагаемой в изобретении щихты по мере увеличения температуры происходят следующие стадии процесса: сначала при 740-750°С расплавляется бура (1), затем при 1000°С плавится криолит (2), после этого при 1020-1030°С происходит разложение силицида кальция, продукты разложения которого восстанавливают бор из его карбида (3), далее активный бор при 1200-1300°С насыщает поверхность стальной детали (4), и в боридном покрытии образуются твердые химические соединения - Fe2B и FeB, причем стадии (3, 4) происходят в жидком слое расплава буры и криолита, в котором распределены твердые частицы силицида кальция и карбида бора в концентрациях, обеспечивающих оптимальную вязкость и реакционную способность расплава.During high-frequency heating of the part under the layer of the inventive sheath, the following process steps occur as the temperature rises: first, at 740-750 ° C, borax (1) melts, then cryolite melts at 1000 ° C (2), then at 1020-1030 ° С, calcium silicide decomposes, the decomposition products of which reduce boron from its carbide (3), then active boron at 1200-1300 ° С saturates the surface of the steel part (4), and solid chemical compounds - Fe 2 B and FeB are formed in the boride coating moreover, stages (3, 4) occur in the liquid layer of the melt bu s and cryolite, wherein the solid particles are distributed calcium silicide and boron carbide concentrations in ensuring optimum viscosity of the melt and the reaction capacity.
Реализация предлагаемого способа иллюстрируется следующими примерами.The implementation of the proposed method is illustrated by the following examples.
Пример 1. Приготовление порошковой шихты для борирования.Example 1. Preparation of a powder mixture for boronation.
Буру прокаливают и переплавляют при температуре 750-850°С до прекращения выделения кристаллизационной и химически связанной влаги в течение 1,5-2,0 ч. Остальные компоненты смеси просушивают при температуре 150-200°С в течение 1,5-2,0 ч. Полученные вещества измельчают, просеивают через сито, отбирая фракцию менее 0,3 мм, и смешивают в шаровой мельнице без мелющих тел в нужной пропорции, в течение 0,5-1,0 ч. Готовую шихту хранят в герметичной емкости.The borax is calcined and remelted at a temperature of 750-850 ° C until the evolution of crystallization and chemically bound moisture ceases for 1.5-2.0 hours. The remaining components of the mixture are dried at a temperature of 150-200 ° C for 1.5-2.0 h. The resulting substances are crushed, sieved through a sieve, taking a fraction of less than 0.3 mm, and mixed in a ball mill without grinding media in the desired proportion, for 0.5-1.0 hours. The finished mixture is stored in a sealed container.
Пример 2. Получение боридного покрытия на детали.Example 2. Obtaining a boride coating on the part.
Из шихты по примеру 1 приготавливают обмазку, добавляя к ее отмеренному количеству 2-3 мас.% спирта. Полученную обмазку шпателем, слоем 3-5 мм, наносят на предварительно зачищенную и обезжиренные внешнюю и внутреннюю поверхности заготовки листовой шайбы, выполненной из стали 65Г, размером 30×30×5 мм, и дают спирту испариться в течение 3-5 мин. Подготовленную заготовку помещают на асбестовый лист в индуктор ТВЧ-установки, который накрывают устройством в виде колокола со смотровым окном для наблюдения процесса борирования. Под колокол подают аргон в течение 3-5 мин до полного вытеснения воздуха, после чего, регулируя клапан, создают под ним избыточное давление инертного газа 100-200 Па. Включают индуктор ТВЧ-установки и осуществляют нагрев детали токами высокой частоты до температуры 1200°С, в течение 90 с. После отключения индуктора продолжают подачу аргона до остывания детали до температуры 800-850°С (появление красного оттенка при желто-оранжевом свечении), затем снимают колокол, горячую деталь извлекают из индуктора и помещают в масло И-20 для закалки. Закаленную деталь подвергают отпуску на воздухе при 200-250°С в течение 15-20 мин.From the mixture according to example 1, a coating is prepared by adding to its measured amount of 2-3 wt.% Alcohol. The resulting coating with a putty knife, 3-5 mm thick, is applied to the previously cleaned and degreased outer and inner surfaces of the blank washer made of steel 65G, size 30 × 30 × 5 mm, and allow the alcohol to evaporate within 3-5 minutes. The prepared billet is placed on an asbestos sheet in the inductor of the HDTV installation, which is covered with a bell device with a viewing window for observing the boron process. Argon is supplied under the bell for 3-5 minutes until the air is completely displaced, after which, by adjusting the valve, an inert gas overpressure of 100-200 Pa is created under it. Turn on the inductor of the HDTV installation and heat the part with high-frequency currents to a temperature of 1200 ° C for 90 s. After the inductor is turned off, argon supply is continued until the part cools to a temperature of 800-850 ° C (the appearance of a red tint with a yellow-orange glow), then the bell is removed, the hot part is removed from the inductor and placed in I-20 oil for quenching. The hardened part is subjected to tempering in air at 200-250 ° C for 15-20 minutes.
У полученной детали измеряют толщину и микротвердость боридного покрытия (ПМТ-3), исследуют его микроструктуру (МИМ-8), определяют фазовый состав (ДРОН-6) и износостойкость (износ) образцов при трении о не жестко закрепленный абразив по ГОСТ 23.208-79.The thickness and microhardness of the boride coating (PMT-3) are measured on the obtained part, its microstructure (MIM-8) is examined, the phase composition (DRON-6) and the wear resistance (wear) of the samples under friction against non-fixed abrasive are measured according to GOST 23.208-79 .
Изобретение поясняется следующим иллюстрационным материалом.The invention is illustrated by the following illustrative material.
На фиг. 1 показан схема аппаратурного оформления предлагаемого способа.In FIG. 1 shows a diagram of the hardware design of the proposed method.
На фиг. 2 показаны образцы из стали 65Г борированные в атмосферной среде (а) и в аргоне по предлагаемому способу (б).In FIG. 2 shows samples of steel 65G boron in the atmosphere (a) and in argon according to the proposed method (b).
На фиг. 3 показаны микроструктуры борированных слоев, полученных в атмосферной среде (а) и в аргоне по предлагаемому способу (б).In FIG. 3 shows the microstructure of boron layers obtained in the atmospheric environment (a) and in argon according to the proposed method (b).
На фиг. 4 приведена таблица, содержащая режимы борирования, физико-механические свойства и результаты рентгенофазового анализа покрытия, полученного по прототипу и предлагаемому способу.In FIG. 4 shows a table containing the modes of boration, physico-mechanical properties and the results of x-ray phase analysis of the coating obtained by the prototype and the proposed method.
Аппаратура для реализации способа состоит: 1 - индуктор, 2 - асбестовый лист, 3 - упрочняемая деталь со слоем шихты, 4 - смотровое окно, 5 - колокол, 6 - клапан, 7 - штуцер для подачи газа.The apparatus for implementing the method consists of: 1 - inductor, 2 - asbestos sheet, 3 - hardened part with a charge layer, 4 - viewing window, 5 - bell, 6 - valve, 7 - gas connection.
Предлагаемые содержания ингредиентов в борирующем составе и режимы борирования являются оптимальными и приводят к получению на поверхности стальной детали боридного слоя с максимально возможной толщиной, твердостью и износостойкостью за время от 90 до 120 с.The proposed contents of the ingredients in the boron composition and the modes of boronation are optimal and lead to the formation of a boride layer on the surface of the steel part with the maximum possible thickness, hardness and wear resistance over a period of 90 to 120 seconds.
Так, при уменьшении содержания карбида бора в шихте менее 80 мас.%, количество образующегося при его восстановлении силицидом кальция активного бора становится недостаточным для получения боридного покрытия заданной толщины, а твердость покрытия снижается из-за отсутствия в его составе более твердого чем Fe2В, борида FeB. При увеличении содержания карбида бора выше 85 мас.%, возрастает вязкость расплава при температурах борирования, процесс переходит из твердо-жидкого в твердое состояние и резко падает его скорость.So, with a decrease in the content of boron carbide in the charge of less than 80 wt.%, The amount of active boron formed during its reduction by calcium silicide becomes insufficient to obtain a boride coating of a given thickness, and the hardness of the coating decreases due to the absence of harder than Fe 2 B in its composition , boride FeB. With an increase in boron carbide content above 85 wt.%, The melt viscosity increases at boron temperatures, the process goes from solid-liquid to solid and its speed drops sharply.
Оптимальное содержание силицида кальция в шихте от 3 до 5 мас.%, связано с эффективностью восстановления им и продуктами его термического разложения карбида бора до активного бора, так как он расходуется на химическую реакцию с ним. Так, содержание силицида кальция 3 мас.% эффективно восстанавливает карбид бора, содержание которого в шихте не превышает 80 мас.%, содержание силицида кальция 5 мас.% эффективно восстанавливает карбид бора, при его содержании в шихте не выше 85 мас.%. При снижении содержания этого ингредиента ниже 3 и 5 мас.% соответственно в шихте с содержанием карбида бора от 80 до 85 мас.%, интенсивность процесса, толщина, твердость и износостойкость боридного покрытия снижаются. При увеличении содержания силицида кальция выше 5 мас.% идет его перерасход, так как он обнаруживается в шлаке и не расходуется на восстановление.The optimal content of calcium silicide in the mixture is from 3 to 5 wt.%, Due to the efficiency of its reduction and products of its thermal decomposition of boron carbide to active boron, since it is spent on a chemical reaction with it. So, the content of
Содержание буры в шихте ниже 5 мас.% не обеспечивает образование достаточного количества жидкой фазы расплава при температурах до 1000°С, процесс переходит в твердую фазу и снижается его интенсивность. При содержании этого ингредиента выше 7 мас.% расплав шихты имеет низкую вязкость и начинает стекать с поверхности детали до начала основного процесса борирования, что приводит к уменьшению толщины боридного покрытия.The content of borax in the mixture below 5 wt.% Does not provide the formation of a sufficient amount of the liquid phase of the melt at temperatures up to 1000 ° C, the process goes into the solid phase and its intensity decreases. When the content of this ingredient is above 7 wt.%, The charge melt has a low viscosity and begins to drain from the surface of the part before the main boronation process begins, which leads to a decrease in the thickness of the boride coating.
При избыточном давлении аргона ниже 100 Па из-за газовыделения и изменений температуры происходит подсос воздуха под колокол, что вызывает ухудшение качества боридного покрытия. При давлении аргона выше 200 Па, наблюдается частичный унос порошков ингредиентов с поверхности упрочняемой детали потоком газа и его перерасход.At an argon overpressure below 100 Pa, air leaks under the bell due to gas evolution and temperature changes, which causes a deterioration in the quality of the boride coating. When the argon pressure is above 200 Pa, partial entrainment of the powders of the ingredients from the surface of the hardened part by the gas flow and its overspending are observed.
Температура 1200-1300°С и время борирования 90-120 с также являются оптимальными для процесса борирования при ТВЧ-нагреве. При уменьшении температуры ниже 1200°С интенсивность борирования снижается, а толщина и твердость покрытия оказываются недостаточными. При увеличении температуры выше 1300°С, из-за экзотермичности химических процессов в шихте и на поверхности упрочняемой детали возникает ее перегрев и подплавление, что снижает качество покрытия. При уменьшении времени менее 90 с ингредиенты, находящиеся в шихте, расплавляются и вступают во взаимодействие друг с другом и со стальной поверхностью не в полной степени, что приводит к уменьшению толщины боридного покрытия. Увеличение времени процесса выше 120 с нецелесообразно, так как к этому моменту активные формы бора уже израсходованы, а толщина боридного покрытия больше не увеличивается.A temperature of 1200–1300 ° C and a boration time of 90–120 s are also optimal for the boron process during high-frequency heating. With a decrease in temperature below 1200 ° C, the intensity of boration decreases, and the thickness and hardness of the coating are insufficient. When the temperature rises above 1300 ° C, due to the exothermic nature of the chemical processes in the charge and on the surface of the hardened part, its overheating and melting occurs, which reduces the quality of the coating. When the time decreases to less than 90 s, the ingredients in the charge melt and do not fully interact with each other and with the steel surface, which leads to a decrease in the thickness of the boride coating. An increase in the process time above 120 s is impractical, since by this moment the active forms of boron have already been consumed, and the thickness of the boride coating is no longer increasing.
Таким образом, за счет использования нового состава шихты, увеличения температуры до 1200-1300°С и уменьшение времени борирования до 90-120 с, применения ТВЧ-нагрева и смены защитой атмосферы на химически инертный аргон, происходит интенсификация и упрощение процесса, увеличивается толщина покрытия до 250-350 мкм, микротвердость - до 2400-2800 HV, а его относительная износостойкость - в 7,5-10 раз.Thus, by using the new composition of the charge, increasing the temperature to 1200–1300 ° C and reducing the boron time to 90–120 s, applying high-frequency heating and changing the atmosphere to chemically inert argon, the process intensifies and simplifies, and the coating thickness increases up to 250-350 microns, microhardness - up to 2400-2800 HV, and its relative wear resistance - 7.5-10 times.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108338A RU2622502C1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Method of speed boring of the steel detail |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016108338A RU2622502C1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Method of speed boring of the steel detail |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2622502C1 true RU2622502C1 (en) | 2017-06-16 |
Family
ID=59068313
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016108338A RU2622502C1 (en) | 2016-03-09 | 2016-03-09 | Method of speed boring of the steel detail |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2622502C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677548C1 (en) * | 2017-08-08 | 2019-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Method of boronizing steel parts |
| RU2801101C1 (en) * | 2022-11-11 | 2023-08-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Boriding of surface layers of carbon steel using microarc surfacing |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3673005A (en) * | 1969-09-18 | 1972-06-27 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Process for borating metals,especially steel |
| SU663755A1 (en) * | 1977-03-02 | 1979-05-25 | Предприятие П/Я М-5901 | Method of borating steel components |
| SU1601195A1 (en) * | 1988-12-19 | 1990-10-23 | Научно-Производственное Объединение "Магнетон" | Composition for borating steel articles |
| SU1723192A1 (en) * | 1990-01-15 | 1992-03-30 | Рижское высшее военное авиационное инженерное училище им.Якова Алксниса | Process for borating of metallic products |
| US8815023B2 (en) * | 2008-05-28 | 2014-08-26 | Universal Global Products, LLC | Boronization process and composition with improved surface characteristics of metals |
-
2016
- 2016-03-09 RU RU2016108338A patent/RU2622502C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3673005A (en) * | 1969-09-18 | 1972-06-27 | Kempten Elektroschmelz Gmbh | Process for borating metals,especially steel |
| SU663755A1 (en) * | 1977-03-02 | 1979-05-25 | Предприятие П/Я М-5901 | Method of borating steel components |
| SU1601195A1 (en) * | 1988-12-19 | 1990-10-23 | Научно-Производственное Объединение "Магнетон" | Composition for borating steel articles |
| SU1723192A1 (en) * | 1990-01-15 | 1992-03-30 | Рижское высшее военное авиационное инженерное училище им.Якова Алксниса | Process for borating of metallic products |
| US8815023B2 (en) * | 2008-05-28 | 2014-08-26 | Universal Global Products, LLC | Boronization process and composition with improved surface characteristics of metals |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2677548C1 (en) * | 2017-08-08 | 2019-01-17 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Method of boronizing steel parts |
| RU2801101C1 (en) * | 2022-11-11 | 2023-08-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" | Boriding of surface layers of carbon steel using microarc surfacing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Bataev et al. | Surface hardening of steels with carbon by non-vacuum electron-beam processing | |
| Maharjan et al. | Direct laser hardening of AISI 1020 steel under controlled gas atmosphere | |
| RU2559391C1 (en) | Composition of powder mixture for thermodiffusion galvanizing of items out of aluminium alloys, method of thermodiffusion galvanizing of items out of aluminium alloys | |
| US20150159259A1 (en) | Low Alloy Steel Carburization and Surface Microalloying Process | |
| JP6194057B2 (en) | Surface treatment agent for steel and surface treatment method for steel | |
| RU2622502C1 (en) | Method of speed boring of the steel detail | |
| JP7397029B2 (en) | Carburizing method for steel parts and method for manufacturing steel parts | |
| CN102051572A (en) | Surface boronizing treatment method of steel piece | |
| RU2501884C2 (en) | Carbonitriding of parts from die steels | |
| Ishkov et al. | Chemical reactions at high-speed HFC-boriding | |
| CA1120346A (en) | Method for preventing decarburization of steel materials | |
| RU2714267C1 (en) | Method of boring steel parts under pressure and container with fusible gate for its implementation | |
| Rabeeh | Ultra-fast boriding and surface hardening of low carbon steel | |
| RU2695858C1 (en) | Method for graphitization of low-carbon steels combined with preliminary cementation in the temperature of polymorphous transformation temperatures | |
| SU1723192A1 (en) | Process for borating of metallic products | |
| RU2459011C1 (en) | Coating for boroaluminising of steel products | |
| RU2602217C2 (en) | Method for boriding parts from iron-carbon alloys | |
| RU2677548C1 (en) | Method of boronizing steel parts | |
| US2426773A (en) | Tempering process for steel objects | |
| RU2757021C1 (en) | Method for hardening parts made of tool and structural steels in carburized environment | |
| RU2254396C1 (en) | Method of carbonitriding metals in pastes | |
| Yorulmaz | An investigation of boriding of medium carbon steels | |
| RU2025540C1 (en) | Composition of lute for cementation and nitrooxidation of parts of alloyed steels and titanium alloys | |
| Sizov et al. | The Study of Boroaluminizing in Рastes under Thermocycling and Laser Heating | |
| RU2221078C2 (en) | Method of treatment of steel articles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190310 |