RU2677548C1 - Method of boronizing steel parts - Google Patents

Method of boronizing steel parts Download PDF

Info

Publication number
RU2677548C1
RU2677548C1 RU2017128331A RU2017128331A RU2677548C1 RU 2677548 C1 RU2677548 C1 RU 2677548C1 RU 2017128331 A RU2017128331 A RU 2017128331A RU 2017128331 A RU2017128331 A RU 2017128331A RU 2677548 C1 RU2677548 C1 RU 2677548C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
parts
steel
medium
stage
Prior art date
Application number
RU2017128331A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Владимирович Ишков
Виктор Васильевич Иванайский
Николай Тихонович Кривочуров
Анатолий Михайлович Сагалаков
Сергей Федорович Дмитриев
Владимир Николаевич Маликов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный университет"
Priority to RU2017128331A priority Critical patent/RU2677548C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2677548C1 publication Critical patent/RU2677548C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C8/00Solid 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
    • C23C8/60Solid 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
    • C23C8/62Solid 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
    • C23C8/68Boronising
    • C23C8/70Boronising of ferrous surfaces

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.SUBSTANCE: invention relates to metallurgy, and in particular to methods for applying boride coatings on steel during chemical-thermal treatment under conditions of induction heating, and can be used in mechanical engineering to increase the durability of machine parts operating in conditions of intensive abrasive wear, corrosion, impact loads. Conduct induction heating of parts with a hold-up in the boronizing medium. As the boronizing medium, a powder mixture of the following composition is used, wt. %: boron carbide - 80–85, flux for induction welding P-0.66 - 10–15, cryolite - the rest. Mentioned induction heating is carried out in a boronizing medium in two stages, while in the first stage - at a temperature of 1250–1350 °C for 90 seconds, and in the second stage - at a temperature of 920–960 °C for 15 seconds. Then the parts are cooled to the hardening temperature or immediately quenched in a medium that has a temperature not lower than the temperature of the onset of martensitic transformation in steel. After that, the parts are placed in a muffle furnace and kept there for at least 20 minutes at a temperature of 20–60 °C above the temperature of the end of the martensitic transformation in steel, then the parts are cooled.EFFECT: reduction of process time, increase in wear resistance of parts, simplification of instrumentation design and reduction of labour intensity without increasing the duration of borization.1 cl, 3 dwg, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии, а именно к способам нанесения боридных покрытий на стали при химико-термической обработке в условиях индукционного нагрева, и может найти применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин работающих в условиях интенсивного абразивного изнашивания, коррозии, ударных нагрузок.The invention relates to metallurgy, and in particular to methods of applying boride coatings on steel during chemical-thermal treatment under conditions of induction heating, and can be used in mechanical engineering to increase the durability of machine parts operating in conditions of intense abrasive wear, corrosion, shock loads.

Из известного уровня развития техники для повышения долговечности, износостойкости и коррозионной стойкости деталей машин используются различные способы упрочнения, путем насыщения их изнашивающегося поверхностного слоя бором методами химико-термической обработки - борирования [Ворошнин Л.Г., Ляхович Л.С. Борирование стали. - М.: Металлургия, 1978, - 240 с.].From the known level of technological development, various methods of hardening are used to increase the durability, wear resistance, and corrosion resistance of machine parts by saturating their wearing surface layer with boron by the methods of chemical-thermal treatment - boronation [Voroshnin L.G., Lyakhovich L.S. Steel boring. - M.: Metallurgy, 1978, - 240 p.].

Например, известен способ борирования стальных изделий (аналог), в котором для насыщения их поверхностного слоя бором используют состав, содержащей следующие компоненты, мас. %: карбид бора - 44÷50, окись алюминия - 37÷45, окись никеля - 3÷5, аммоний-никель сернокислый - 2÷4, тетрафторборат калия - 4÷6 [А.С. №996513 (SU), М Кл3 С23С 9/04].For example, a method of borating steel products (analog) is known, in which a composition containing the following components, wt. %: boron carbide - 44 ÷ 50, aluminum oxide - 37 ÷ 45, nickel oxide - 3 ÷ 5, ammonium-nickel sulfate - 2 ÷ 4, potassium tetrafluoroborate - 4 ÷ 6 [A.S. No. 996513 (SU), M Cl 3 C23C 9/04].

Недостатком этого способа является высокая хрупкость покрытия, за счет низкой пластифицирующей способности никеля, совместно с бором насыщающего поверхностный слой стального изделия, и низкая скорость борирования (4 ч), за счет окисления кислородом воздуха, образования окисных пленок и затруднения доступа борирующей газовой фазы из состава непосредственно к поверхности изделия.The disadvantage of this method is the high brittleness of the coating, due to the low plasticizing ability of nickel, which together with boron saturates the surface layer of the steel product, and the low boronation rate (4 h), due to oxidation by atmospheric oxygen, the formation of oxide films and the difficult access of the borating gas phase from the composition directly to the surface of the product.

Частично, этот недостаток может быть устранен проведением насыщения в специальных защитных средах или в изолированных от воздуха емкостях - контейнерах [Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. / Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др. Под ред. Л.С. Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - 424 с.].In part, this drawback can be eliminated by carrying out saturation in special protective environments or in containers insulated from air [Chemical-thermal treatment of metals and alloys. Directory. / Borisenok G.V., Vasiliev L.A., Voroshnin L.G. et al. Ed. L.S. Lyakhovich. - M .: Metallurgy, 1981. - 424 p.].

Так, например, в другом аналоге - способе борирования стальных деталей, включающем их нагрев до температуры насыщения, выдержку в насыщающей среде и дополнительную выдержку в этой же насыщающей среде при температуре на 40-70°С ниже температуры начала превращения перлита в аустенит, указанная насыщающая среда также выполняет и защитную функцию, а само борирование проводят в герметичном контейнере с плавким затвором, причем дополнительную выдержку проводят либо после подстуживания от температуры насыщения, либо после повторного нагрева [А.С. №1171561 А (SU), МПК4 C23C 8/70].So, for example, in another analogue - the method of boron steel parts, including their heating to saturation temperature, holding in a saturating medium and additional holding in the same saturating medium at a temperature of 40-70 ° C below the temperature at which the transformation of perlite into austenite begins, the specified saturation the medium also performs a protective function, and boroning itself is carried out in an airtight container with a fusible closure, and additional exposure is carried out either after cooling from saturation temperature or after reheating [A. . No. 1171561 A (SU), IPC 4 C23C 8/70].

Для реализации борирования по аналогу проводят следующие операции: готовят насыщающую среду (борирующую смесь); помещают деталь и насыщающую смесь в герметичный контейнер с плавким затвором - организуют технологическую сборку, и натревают ее в печи до температуры борирования 850-1050°С; выдерживают сборку при этой температуре в течение достаточного времени (5 ч) для получения боридного слоя необходимой толщины; дополнительно выдерживают сборку подстуживая до 660-710°С или повторно нагревая ее до этой температуры в течение 1,5-2,5 ч.To implement boronation, the following operations are carried out analogously: preparing a saturating medium (boronating mixture); place the part and the saturating mixture in a sealed container with a fusible closure - organize the technological assembly, and heat it in the furnace to a boron temperature of 850-1050 ° C; maintain assembly at this temperature for a sufficient time (5 hours) to obtain a boride layer of the required thickness; additionally maintain the assembly by cooling to 660-710 ° C or reheating it to this temperature for 1.5-2.5 hours

Использование в аналоге герметичного контейнера с плавким затвором устраняет окисление получающихся на деталях покрытий кислородом воздуха, а дополнительная термообработка - устраняет трещины. Однако, его недостатком по-прежнему является большая длительность процесса (6,5-7,5 ч), низкая износостойкость упрочненной детали, за счет того, что используемые режимы термообработки не обеспечивают высокой твердости основы, так как происходит ее отпуск на перлит, в то время как получаемое боридное покрытие характеризуется высокой твердостью, а также сложное аппаратурное оформление (технологическая сборка) и высокая трудоемкость, за счет использования оборудования для объемной термообработки (печь).The use of a sealed container with a fusible shutter in an analogue eliminates the oxidation of the coatings obtained by the parts with atmospheric oxygen, and additional heat treatment eliminates cracks. However, its disadvantage is still the long duration of the process (6.5-7.5 hours), low wear resistance of the hardened part, due to the fact that the heat treatment modes used do not provide high hardness of the base, since it is tempering to perlite, while the resulting boride coating is characterized by high hardness, as well as complex hardware design (technological assembly) and high complexity, due to the use of equipment for volumetric heat treatment (furnace).

Тем не менее, основной из указанных недостатков известных способов борирования - длительность процесса, может быть устранен применением наиболее близкого по технической сущности к заявляемому способу (прототипа) - способа скоростного борирования стальной детали, включающего ее индукционный нагрев с выдержкой в борирующей среде и использовании в качестве защитной среды инертного газа - аргона [Пат. RU №2622502 С1, МПК6 С23С 8/70, опубл.: 16.06.2017, Бюл. №17, формула].However, the main of these drawbacks of the known boronation methods - the duration of the process, can be eliminated by applying the closest in technical essence to the claimed method (prototype) - a method of high-speed boronation of a steel part, including its induction heating with exposure in a boron medium and use as protective environment of an inert gas - argon [Pat. RU No. 2622502 C1, IPC 6 C23C 8/70, publ.: 06.16.2017, Bull. No. 17, the formula].

Для реализации борирования по прототипу предварительно подготавливают борирующую смесь следующего состава, мас. %: карбид бора - 80÷85; силицид кальция - 3÷5; бура - 5÷7; криолит - остальное, затем смесь наносят на поверхность упрочняемой детали, после чего осуществляют нагрев и насыщение поверхности бором при ее нагреве токами высокой частоты (ТВЧ), до температуры 1200-1300°С в течение 90-120 с, применяя аргон при избыточном давлении 100-200 Па в качестве защитной среды.To implement boronation according to the prototype, a boron mixture of the following composition is preliminarily prepared, wt. %: boron carbide - 80 ÷ 85; calcium silicide - 3 ÷ 5; borax - 5 ÷ 7; cryolite - the rest, then the mixture is applied to the surface of the hardened part, and then the surface is heated and saturated with boron when it is heated by high-frequency currents (HDTV) to a temperature of 1200-1300 ° C for 90-120 s, using argon at an overpressure of 100 -200 Pa as a protective environment.

Использование в прототипе ТВЧ-нагрева устраняет основной недостаток аналогов - длительность процесса борирования, переводя насыщение из диффузионной области в область поверхностной химической реакции, что позволяет сократить длительность с 6,5-7,5 ч до 2 мин. Однако недостатком прототипа по-прежнему являются низкая износостойкость упрочненной детали (за счет хрупкости боридного покрытия и развития в нем трещин), сложность аппаратурного оформления (наличие специального колпака для газообразной защитной среды) и трудоемкость.The use of HDTV heating in the prototype eliminates the main drawback of analogues - the duration of the boronation process, transferring saturation from the diffusion region to the surface chemical reaction region, which reduces the duration from 6.5-7.5 hours to 2 minutes. However, the disadvantage of the prototype is still the low wear resistance of the hardened part (due to the fragility of the boride coating and the development of cracks in it), the complexity of the hardware design (the presence of a special cap for a gaseous protective environment) and the complexity.

Таким образом, общей технической проблемой известных аналогов и прототипа является низкая износостойкость, сложность аппаратурного оформления и трудоемкость способа.Thus, the common technical problem of the known analogues and prototype is the low wear resistance, the complexity of the hardware design and the complexity of the method.

Целью настоящего изобретения является устранение указанной проблемы.The aim of the present invention is to remedy this problem.

Технический результат реализации предлагаемого способа борирования стальных деталей заключается в повышении износостойкости, упрощении аппаратурного оформления и снижения трудоемкости, без увеличения длительности процесса.The technical result of the implementation of the proposed method of boron steel parts is to increase wear resistance, simplify hardware design and reduce the complexity, without increasing the duration of the process.

Настоящий результат достигается тем, что в предлагаемом способе борирования стальных деталей, включающем их индукционный нагрев с выдержкой в борирующей среде, в качестве борирующей среды используют порошковую шихту, содержащую, мас. %: карбид бора - 80÷85, флюс для индукционной наплавки П-0,66 - 10÷15, криолит - остальное, а индукционный нагрев осуществляют в две стадии: на первой стадии - при температуре 1250-1350°С в течение 90 с, а на второй стадии - при температуре 920-960°С в течение 15 с, после чего детали подстуживают или сразу закаливают при температуре не ниже начала мартенситного превращения в стали, затем их помещают в муфельную печь, имеющую температуру на 20-60°С выше температуры конца мартенситного превращения в стали, не менее чем на 20 мин, после чего осуществляют окончательное охлаждение деталей.The present result is achieved by the fact that in the proposed method of boron steel parts, including induction heating with exposure to a borating medium, a powder mixture containing, by weight, is used as the boron medium. %: boron carbide - 80 ÷ 85, flux for induction surfacing P-0.66 - 10 ÷ 15, cryolite - the rest, and induction heating is carried out in two stages: at the first stage - at a temperature of 1250-1350 ° C for 90 s and in the second stage - at a temperature of 920-960 ° C for 15 s, after which the parts are cooled or immediately quenched at a temperature not lower than the onset of martensitic transformation into steel, then they are placed in a muffle furnace having a temperature of 20-60 ° C higher than the temperature of the end of the martensitic transformation in steel, not less than 20 minutes, after which the final hlazhdenie details.

Технический результат изобретения достигается за счет следующего:The technical result of the invention is achieved due to the following:

- сохранение высокой скорости процесса происходит благодаря использованию высокопроизводительного, эффективного метода индукционного нагрева, а также процесса скоростного ТВЧ-борирования (как в прототипе);- maintaining a high speed of the process is due to the use of high-performance, effective method of induction heating, as well as the process of high-speed HD-boronation (as in the prototype);

- повышение износостойкости детали происходит благодаря увеличению твердости основы при ее закалке на троостито-мартенсит и приближению этого параметра к твердости износостойкого боридного слоя, а также за счет снятия термических напряжений в борид-ном слое и залечивания трещин и иных дефектов слоя проведением термообработки на второй стадии по специальному режиму (новый технический результат);- increasing the wear resistance of the part is due to an increase in the hardness of the base when it is quenched for troostite-martensite and the approximation of this parameter to the hardness of the wear-resistant boride layer, as well as by removing thermal stresses in the boride layer and healing cracks and other defects of the layer by heat treatment in the second stage according to a special regime (new technical result);

- упрощение аппаратурного оформления и снижение трудоемкости обеспечивается исключением большей части оборудования для объемного нагрева детали (печь для нагрева (борирования), колпак для инертного газа и пр.) и замена его одним индуктором, оптимизированным по форме и размеру детали.- simplification of the hardware design and reduction of labor intensity is ensured by the exclusion of most of the equipment for volumetric heating of the part (furnace for heating (boronation), cap for inert gas, etc.) and replacing it with one inductor optimized in the shape and size of the part.

Изобретение иллюстрируется следующими материалами.The invention is illustrated by the following materials.

На фиг. 1, представлена обобщенная температурно-временная диаграмма технологического процесса скоростного борирования и термообработки детали, выполненной из проката стали 65Г, толщиной до 6 мм, по предлагаемому способу, где по оси абсцисс цифра-ми обозначены его основные стадии: 1 - ТВЧ-разогрев заготовки, 2 - первая стадия ТВЧ-нагрева (насыщение), 3 - остывание, 4 - вторая стадия ТВЧ-нагрева (выдержка), 5 - подстуживание, 6 - ТВЧ-нагрев под закалку, 7 - закалка, 8 - выдержка в муфельной печи, 9 - окончательное охлаждение, а на площадках - оптимальные температуры и время выдержки.In FIG. 1, a generalized temperature-time diagram of the technological process of high-speed boring and heat treatment of a part made of rolled steel 65G, up to 6 mm thick is presented, according to the proposed method, where its main stages are indicated by numbers on the abscissa axis: 1 - high-frequency heating of the workpiece, 2 - the first stage of high-frequency heating (saturation), 3 - cooling, 4 - the second stage of high-frequency heating (aging), 5 - cooling, 6 - high-temperature heating for hardening, 7 - hardening, 8 - exposure in a muffle furnace, 9 - final cooling, and at the sites - optimal temperatures exposure time.

На фиг. 2, представлена микроструктура покрытия образца стали 65Г (увеличение 250х), борированного по предлагаемому способу, где: насыщение (борирование) осуществляли только в одну стадию в индукторе при температуре 1250-1300°С в течение 90 с, стадии выдержки в индукторе и дополнительной выдержки в муфельной печи не проводили, а сразу после подстуживания осуществляли закалку в щелочной ванне.In FIG. 2, shows the microstructure of the coating of a steel specimen 65G (magnification 250 x ) borated by the proposed method, where: saturation (boronation) was carried out only in one stage in the inductor at a temperature of 1250-1300 ° C for 90 s, the exposure stage in the inductor and additional holding in the muffle furnace was not carried out, and immediately after undercooking, quenching was performed in an alkaline bath.

На фиг. 3 представлена микроструктура того же образца, полученного при оптимальных условиях всех тепловых стадий процесса, а также данные дюрометрических исследований фаз его упрочняющего покрытия и основы, где: насыщение (борирование) осуществляли в индукторе в две стадии, первая - при температуре 1250-1300°С в течение 90 с, вторая (выдержка) - при температуре 960-980°С в течение 15 с в том же индукторе, далее охлаждение на воздухе, до температуры 300-340°С, дополнительную выдержку в муфельной печи при температуре 320-380°С в течение не менее 20 мин, и, наконец, окончательное охлаждение.In FIG. Figure 3 shows the microstructure of the same sample obtained under optimal conditions of all thermal stages of the process, as well as data from durometric studies of the phases of its hardening coating and base, where: saturation (boronation) was carried out in the inductor in two stages, the first at a temperature of 1250-1300 ° C for 90 s, the second (exposure) - at a temperature of 960-980 ° C for 15 s in the same inductor, then cooling in air to a temperature of 300-340 ° C, additional exposure in a muffle furnace at a temperature of 320-380 ° C for at least 20 minutes, and finally Tel'nykh cooling.

Пример реализации изобретения.An example implementation of the invention.

В качестве насыщающей (борирующей) среды использовали порошковую шихту следующего состава, мас. %:As a saturating (boronating) medium, a powder mixture of the following composition was used, wt. %:

Карбид бораBoron carbide 80÷85,80 ÷ 85, Флюс для индукционной наплавки П-0,66Flux for induction surfacing P-0.66 10÷15,10 ÷ 15, КриолитCryolite остальное.rest.

Все компоненты высушивали, размалывали, просеивали через сито, с диаметром ячейки 0,125 мм, отвешивали в заданной пропорции, тщательно перемешивали между собой и смачивали 5%-ым спиртовым раствором борной кислоты до пастообразного состояния. Готовая смесь (паста) может храниться в закрытой емкости 3-5 сут.All components were dried, ground, sieved through a sieve, with a mesh diameter of 0.125 mm, weighed in a predetermined proportion, thoroughly mixed with each other and wetted with a 5% alcohol solution of boric acid to a paste state. The finished mixture (paste) can be stored in a closed container for 3-5 days.

В качестве ТВЧ-индуктора использовали петлевой водоохлаждаемый индуктор, выполненный из медной трубки, диаметром 10 мм, подключенный к инвертору ЭЛСИТ 100-70/40.A loop water-cooled inductor made of a copper tube with a diameter of 10 mm connected to an ELSIT 100-70 / 40 inverter was used as a high-frequency inductor.

В качестве закалочной среды использовали щелочную ванну, следующего состава, мас. %: гидроксид калия - 50, гидроксид натрия - 50, при расплавлении которой образуется эвтектика, обеспечивающая температуру закалочной среды 260-280°С.As the quenching medium used an alkaline bath of the following composition, wt. %: potassium hydroxide - 50, sodium hydroxide - 50, upon melting of which a eutectic is formed, providing a temperature of the quenching medium 260-280 ° С.

В качестве дополнительного оборудования для термообработки (отпуска) использовали муфельную электрическую печь СНОЛ-2.As an additional equipment for heat treatment (tempering), we used the SNOL-2 muffle electric furnace.

Из проката стали 65Г, толщиной 6 мм, вырезали образцы, размером 30×40 мм в количестве 20 шт., на которые через резиновый трафарет с помощью шпателя наносили готовую пасту полосками, шириной 15 и толщиной 2 мм, после чего образцы высушивали.Samples of size 30 × 40 mm in the amount of 20 pcs were cut out of rolled steel 65G, thickness 6 mm, onto which the finished paste was applied through a rubber stencil using a spatula with strips 15 mm wide and 2 mm thick, after which the samples were dried.

У подготовленных таким образом образцов проводили поочередное борирование по предлагаемому способу партий заготовок (по 5 шт.) на различных режимах.In samples prepared in this way, we alternately borated according to the proposed method, batches of billets (5 pieces each) in different modes.

Первую партию заготовок (№1) обработали согласно способа-прототипа (контроль), используя в качестве насыщающей среды порошковую шихту по описанному примеру.The first batch of blanks (No. 1) was processed according to the prototype method (control), using a powder mixture as a saturating medium according to the described example.

Партию №2 борировали в индукторе, на первой стадии - при температуре 1150-1200°С в течение 60 с, затем, на второй стадии - мощность инвертора сбавляли на 15-20% и продолжали насыщение поверхности заготовок бором при температуре 900-920°С в течение 15 с, далее заготовки подстуживали на воздухе, сбавляли мощность инвертора еще на 15-20% и осуществляли их нагрев под закалку при температуре 750-780°С в течение 30 с, после чего проводили закалку, помещая заготовки в расплав щелочной ванны при температуре 260-280°С (температура начала мартенситного превращения для стали 65Г составляет 260-320°С), после извлечения из ванны детали помещали в муфельную печь нагретую до температуры 340°С на 15 мин, после чего их вынимали из печи и окончательно охлаждали на воздухеLot No. 2 was borated in an inductor, in the first stage - at a temperature of 1150-1200 ° С for 60 s, then, in the second stage - the inverter power was reduced by 15-20% and saturation of the surface of the workpieces with boron was continued at a temperature of 900-920 ° С for 15 s, then the preforms were cooled in air, the inverter power was reduced by another 15-20% and they were heated under quenching at a temperature of 750-780 ° C for 30 s, after which quenching was carried out by placing the preforms in an alkaline bath melt at temperature 260-280 ° С (temperature of the onset of martensitic transformation for steel 65G is 260-320 ° C) after removal from the bath the items placed in a muffle furnace heated to 340 ° C for 15 min, after which they were removed from the furnace, and finally cooled in air

Партию №3 борировали на первой стадии - при температуре 1250-1350°С в течение 90 с, на второй стадии - при температуре 920-960°С в течение 20 с, далее поступали аналогично партии №2, с той разницей, что муфельная печь имела температуру 380°С.Lot No. 3 was borated at the first stage — at a temperature of 1250–1350 ° С for 90 s, at the second stage — at a temperature of 920–960 ° С for 20 s, then proceed similarly to lot No. 2, with the difference that the muffle furnace had a temperature of 380 ° C.

Партию №4 борировали на первой стадии - при температуре 1350-1400°С в течение 120 с, на второй стадии - при температуре 960-1000°С в течение 25 с, далее поступали аналогично партии №2, причем муфельная печь имела температуру 400°С.Party No. 4 was borated in the first stage - at a temperature of 1350-1400 ° C for 120 s, in the second stage - at a temperature of 960-1000 ° C for 25 s, then they acted similarly to party No. 2, with the muffle furnace having a temperature of 400 ° FROM.

Из полученных образцов вырезались темплеты для металлографического анализа, готовились шлифы, у которых определялись: наличие/отсутствие трещин, микроструктура, микротвердость основы и покрытия (микроскоп МИМ-7, увеличение 250х; твердомер ПМТ-2, нагрузка 100 г).From the obtained samples, templates for metallographic analysis were cut out, thin sections were prepared, which were determined: the presence / absence of cracks, microstructure, microhardness of the substrate and coating (MIM-7 microscope, magnification 250 x ; PMT-2 hardness tester, load 100 g).

Результаты исследований образцов приведены в табл. 1.The research results of the samples are given in table. one.

Табл. 1. Некоторые характеристики деталей, выполненных по предлагаемому способу (n=5)Tab. 1. Some characteristics of parts made by the proposed method (n = 5)

Figure 00000001
Figure 00000001

Пояснения: MKT - микротвердость, * - борирование осуществляли в шихте по описанному примеру.Explanations: MKT - microhardness, * - boronation was carried out in the mixture according to the described example.

Использованные в предлагаемом способе процессы, методы и приемы, порядок их осуществления обеспечивают необходимый технический результат, а выбранные значения параметров являются оптимальными, так как обусловлены теоретически и подтверждены экспериментально.Used in the proposed method, the processes, methods and techniques, the order of their implementation provide the necessary technical result, and the selected parameter values are optimal, since they are theoretically determined and experimentally confirmed.

Так использование индукционного нагрева на всех «горячих» стадиях предлагаемого способа позволяет уменьшить его длительность с 6,5-7,5 ч до 0,3 ч (см. фиг. 1, затемненные и светлые области), а также упростить его аппаратурное оформление и уменьшить трудоемкость.So the use of induction heating at all "hot" stages of the proposed method allows to reduce its duration from 6.5-7.5 hours to 0.3 hours (see Fig. 1, darkened and bright areas), as well as to simplify its hardware design and reduce labor intensity.

Повышение износостойкости детали, упрочненной по предлагаемому способу, достигается: во-первых, проведением нагрева в две стадии, причем на первой стадии при температуре 1250-1350°С, происходит насыщение поверхности бором за счет выделения активного бора из порошковой шихты, протекания поверхностной химической реакции с железом стали и образования различных упрочняющих боридных фаз покрытия (FeB, FenB, Fen(CB)m, эвтектика Fe-B) - процесс скоростного ТВЧ-борирования (см. фиг. 2), а на второй стадии, при выдержке полученного покрытия при температуре 920-960°С, происходит его эвтектический переплав с «залечиванием» трещин, релаксацией термических напряжений и упрощением фазового состава (см. фиг. 3), кроме того на высокотемпературных стадиях процесса полученное покрытие оказывается все время защищенным от окисления кислородом воздуха используемой насыщающей средой; во-вторых, борирующий слой располагается по всей упрочняемой поверхности детали на стальной основе, имеющей трооститно-мартенситную структуру, характеризующуюся высокой износостойкость и обладающей большей твердостью по сравнению с перлитной структурой основы прототипа, и приближающейся, по значению этого параметра, к средней твердости фаз боридного покрытия (см. фиг. 2. табл. 1).Increasing the wear resistance of the part hardened by the proposed method is achieved: firstly, by heating in two stages, and in the first stage at a temperature of 1250-1350 ° C, the surface is saturated with boron due to the release of active boron from the powder mixture, the surface chemical reaction with iron and the formation of various hardening boride phases of the coating (FeB, Fe n B, Fe n (CB) m , eutectic Fe-B) is a high-speed high-frequency boron boron process (see Fig. 2), and at the second stage, during exposure the resulting coating at a temperature of 920-9 60 ° С, its eutectic remelting occurs with healing of cracks, relaxation of thermal stresses and simplification of the phase composition (see Fig. 3), in addition, at the high-temperature stages of the process, the resulting coating is always protected from oxidation by atmospheric oxygen by the used saturating medium; secondly, the boron layer is located over the entire hardened surface of the part on a steel base, having a troostite-martensitic structure, characterized by high wear resistance and having greater hardness compared to the pearlite structure of the prototype base, and approaching, in value of this parameter, to the average hardness of boride phases coating (see Fig. 2. table. 1).

Нагрев образцов на первой стадии борирования (насыщение) осуществляется в интервале оптимальных температур 1250-1350°С. Насыщение при меньших температурах, например 1200°С, не приводит к образованию качественных боридных покрытий за короткое время этой стадии (60-90 с), так как эта температура недостаточна для осуществления поверхностной химической реакции: (n+2)Fe+3В→FeB, FenB, эвтектика Fe-B, и борирование будет происходить, преимущественно, по диффузионному механизму. Насыщение при более высоких температурах, например, 1400°С, нецелесообразно, так как увеличивается время борирования (из-за интенсивного протекания конкурирующих реакций окисления) и происходит перерасход электроэнергии (см. табл. 1).The samples are heated at the first stage of boronation (saturation) in the range of optimal temperatures 1250–1350 ° С. Saturation at lower temperatures, for example 1200 ° C, does not lead to the formation of high-quality boride coatings in a short time of this stage (60-90 s), since this temperature is insufficient for the surface chemical reaction: (n + 2) Fe + 3В → FeB , Fe n B, Fe-B eutectic, and boronation will occur mainly by the diffusion mechanism. Saturation at higher temperatures, for example, 1400 ° C, is impractical, since the time of boronation increases (due to the intense occurrence of competing oxidation reactions) and an over-expenditure of electricity occurs (see Table 1).

Нагрев образцов на второй стадии (выдержка) в насыщающей среде осуществляется в интервале оптимальных температур 920-960°С. Выдержка при меньших температурах, например 900°С, не приводит к переходу полученного на первой стадии покрытия в твердо-жидкое состояние, в нем обнаруживаются трещины, так как эта температура оказывается ниже температур плавления эвтектики на диаграмме Fe-B. Выдержка при более высоких температурах, например 980°С, нецелесообразна, так как по условиям предлагаемого способа деталь находится в насыщающей среде и запускаются вторичные процессы борирования и диспропорционирования уже образовавшихся боридов железа, усложняющие фазовый состав покрытия, уменьшающие содержание в нем бора и снижающие износостойкость (см. табл. 1).The heating of samples in the second stage (exposure) in a saturating medium is carried out in the range of optimal temperatures 920-960 ° C. Exposure at lower temperatures, for example 900 ° C, does not lead to the transition of the coating obtained in the first stage to a solid-liquid state, cracks are detected in it, since this temperature is lower than the melting temperature of the eutectic in the Fe-B diagram. Exposure at higher temperatures, for example 980 ° C, is impractical, because according to the conditions of the proposed method, the part is in a saturating medium and secondary processes of boronation and disproportionation of already formed iron borides are started, which complicate the phase composition of the coating, reduce the boron content in it and reduce wear resistance ( see table 1).

Время выдержки образцов при оптимальных температурах стадий предлагаемого способа определяется происходящими при борировании процессами. Так, например время выдержки образцов на первой стадии нагрева (насыщение) составляет не менее 90 с, что обеспечивает получение покрытий с наибольшей толщиной и износостойкостью. При меньшей выдержке, например 60 с, насыщение поверхности детали бором происходит в меньшей степени, а при большей выдержки, например 120 с, образовавшееся покрытие начинает окисляться кислородом воздуха, что приводит к уменьшению его толщины и снижению твердости (см. табл. 1).The exposure time of the samples at optimal temperatures of the stages of the proposed method is determined by the processes occurring during boration. So, for example, the exposure time of the samples at the first stage of heating (saturation) is at least 90 s, which ensures the production of coatings with the greatest thickness and wear resistance. With a shorter exposure time, for example 60 s, the surface of the part is saturated with boron to a lesser extent, and with a higher exposure time, for example 120 s, the resulting coating begins to oxidize with atmospheric oxygen, which leads to a decrease in its thickness and a decrease in hardness (see Table 1).

Оптимальное время выдержки детали на второй стадии нагрева составляет не менее 15 с, что обеспечивает «залечивание» микротрещин расплавленным эвтектическим составом боридного покрытия. При меньшей выдержке, например 10 с, на отдельных участках трещины остаются. Время выдержки более 20 с, например 25 с, уже не влияет на качество покрытия, так как все физико-химические процессы в нем при заданных составе и толщине уже завершились (см. табл. 1).The optimum exposure time of the part in the second stage of heating is at least 15 s, which ensures the "healing" of microcracks with the molten eutectic composition of the boride coating. With a shorter shutter speed, for example 10 s, cracks remain in some areas. A holding time of more than 20 s, for example 25 s, no longer affects the quality of the coating, since all the physicochemical processes in it with the given composition and thickness have already completed (see Table 1).

Время выдержки детали на последующих стадиях определяется общими теплотехническими соображениями, а также формой, размерами и толщиной заготовок детали. Так время ТВЧ-нагрева заготовок под закалку при их толщине 6 мм должно быть не менее 30 с, а время выдержки в муфельной печи - не менее 20 мин, что обеспечивает равномерное температурное поле по всему сечению детали и полное протекание процессов нагрева и мартенситного превращения.The exposure time of the part in subsequent stages is determined by general thermotechnical considerations, as well as by the shape, size and thickness of the part blanks. So the time of high-frequency heating of billets for hardening at a thickness of 6 mm should be at least 30 s, and the holding time in a muffle furnace should be at least 20 minutes, which ensures a uniform temperature field over the entire cross section of the part and the complete course of heating and martensitic transformation.

Таким образом, реализация предлагаемого способа борирования стальных деталей при их индукционном нагреве с последующей закалкой в среде с температурой не ниже начала мартенситного превращения и дополнительной выдержкой в муфельной печи при температуре на 20-60°С выше температуры конца мартенситного превращения, позволяет сократить длительность процесса (до 0,3 ч), повысить износостойкость детали (за счет получения близких значений твердости у основы и упрочняющего бездефектного покрытия), а также упростить аппаратурное оформление и снизить трудоемкость.Thus, the implementation of the proposed method of boron steel parts during their induction heating, followed by quenching in a medium with a temperature not lower than the beginning of the martensitic transformation and additional holding in a muffle furnace at a temperature of 20-60 ° C higher than the temperature of the end of the martensitic transformation, can reduce the duration of the process ( up to 0.3 h), increase the wear resistance of the part (by obtaining close hardness values at the base and a hardening defect-free coating), as well as simplify the hardware design and lower the complexity of it.

Claims (1)

Способ борирования стальных деталей, включающий индукционный нагрев деталей с выдержкой в борирующей среде, отличающийся тем, что в качестве борирующей среды используют порошковую шихту следующего состава, мас. %: карбид бора – 80-85, флюс для индукционной наплавки П-0,66 – 10-15, криолит - остальное, а индукционный нагрев осуществляют в борирующей среде в две стадии, причем на первой стадии - при температуре 1250-1350°С в течение 90 с, а на второй стадии - при температуре 920-960°С в течение 15 с, после чего детали подстуживают до температуры закаливания или сразу закаливают в среде, имеющей температуру не ниже начала мартенситного превращения в стали, затем детали помещают в муфельную печь и выдерживают в ней в течение не менее 20 мин при температуре на 20-60°С выше температуры конца мартенситного превращения в стали, после чего осуществляют охлаждение деталей.A method of boronation of steel parts, including induction heating of parts with holding in a borating medium, characterized in that a powder mixture of the following composition is used as a boring medium, wt. %: boron carbide - 80-85, flux for induction surfacing P-0.66 - 10-15, cryolite - the rest, and induction heating is carried out in a borating medium in two stages, and in the first stage - at a temperature of 1250-1350 ° С for 90 s, and in the second stage, at a temperature of 920-960 ° С for 15 s, after which the parts are quenched to the hardening temperature or immediately quenched in an environment having a temperature not lower than the onset of martensitic transformation in steel, then the parts are placed in a muffle oven and incubated in it for at least 20 minutes at a temperature of 20-60 ° C higher pace The temperature of the end of the martensitic transformation in steel, after which the parts are cooled.
RU2017128331A 2017-08-08 2017-08-08 Method of boronizing steel parts RU2677548C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128331A RU2677548C1 (en) 2017-08-08 2017-08-08 Method of boronizing steel parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017128331A RU2677548C1 (en) 2017-08-08 2017-08-08 Method of boronizing steel parts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677548C1 true RU2677548C1 (en) 2019-01-17

Family

ID=65025219

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017128331A RU2677548C1 (en) 2017-08-08 2017-08-08 Method of boronizing steel parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677548C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791477C1 (en) * 2022-04-29 2023-03-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Method for borating surface layers of carbon steel

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1171561A1 (en) * 1983-07-08 1985-08-07 Пермский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Method of borating steel components
JPH04214853A (en) * 1990-01-18 1992-08-05 Taiho Kogyo Co Ltd High strength sliding material
JP4214853B2 (en) * 2002-07-29 2009-01-28 ヤマハ株式会社 Magnetic sensor
RU2447194C1 (en) * 2010-08-03 2012-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" (АГАУ) Method of surface impregnation of steel actuator cutting edge of tiller
WO2013138599A1 (en) * 2012-03-14 2013-09-19 Jennings Drake Carlisle Process and apparatus to treat metal surfaces
RU2622502C1 (en) * 2016-03-09 2017-06-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Method of speed boring of the steel detail

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1171561A1 (en) * 1983-07-08 1985-08-07 Пермский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности Method of borating steel components
JPH04214853A (en) * 1990-01-18 1992-08-05 Taiho Kogyo Co Ltd High strength sliding material
JP4214853B2 (en) * 2002-07-29 2009-01-28 ヤマハ株式会社 Magnetic sensor
RU2447194C1 (en) * 2010-08-03 2012-04-10 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный аграрный университет" (АГАУ) Method of surface impregnation of steel actuator cutting edge of tiller
WO2013138599A1 (en) * 2012-03-14 2013-09-19 Jennings Drake Carlisle Process and apparatus to treat metal surfaces
RU2622502C1 (en) * 2016-03-09 2017-06-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Алтайский ГАУ) Method of speed boring of the steel detail

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2791477C1 (en) * 2022-04-29 2023-03-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) Method for borating surface layers of carbon steel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108103275A (en) A kind of processing method of wear-resistant liner steel alloy
CN108277453B (en) High-chromium micro-deformation cold stamping die surface chromium-vanadium co-infiltration treatment method
RU2677548C1 (en) Method of boronizing steel parts
KR100760152B1 (en) Manufacturing method of high strength automobile parts by zinc galvanization steel sheet using hot stamping
NL2028331B1 (en) A Composite Treatment Process of Titanium Alloy Laser Additive Repair And Surface Nitriding
CN109022848A (en) A kind of high-strength corrosion-resisting Aluminum alloy production method
CN112708788B (en) Method for improving plasticity of K403 alloy, die material and product
JPH0280512A (en) Heat-treatment of highly alloyed chromium steel
US2501059A (en) Manufacture of black-heart malleable cast iron
US4401480A (en) Method of selective grain growth in nickel-base superalloys by controlled boron diffusion
JPH09157786A (en) Steel containing uniformly dispersed graphite, excellent in toughness, and its production
CN114672633B (en) Method for synchronously carrying out rolling annealing and surface hardening in all-austenitic high-manganese steel by utilizing decarburization
US4325758A (en) Heat treatment for high chromium high carbon stainless steel
US3850699A (en) Process for manufacturing hot-dip aluminized pearlitic malleable cast iron and black heart malleable cast iron products
Smirnova Zhanna et al. Steel heat treatment technology
US2426773A (en) Tempering process for steel objects
US3875777A (en) Reduction of copper-caused surface cracking of steel during hot-working
RU2186859C2 (en) Method of hardening of articles from steels and alloys
SU812835A1 (en) Method of treatment of parts
JPH03199358A (en) Manufacture of high toughness ti-al intermetallic compound series ti alloy material
US2413929A (en) Heat-treating bath for aluminum
Dobrzanski et al. The influence of laser modification on the structure and properties of the X40CrMoV5-1 and 32CrMoV12-28 hot work tool steels
RU2329331C2 (en) Method of reduction thermal treatment of items made out of heat resistant chromium nickel alloys
KR0169992B1 (en) Method of making high silicon low carbon regular grain oriented silicon
JPS6244522A (en) Manufacture of high strength ductile cast iron