RU2748572C1 - Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде - Google Patents
Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде Download PDFInfo
- Publication number
- RU2748572C1 RU2748572C1 RU2020128317A RU2020128317A RU2748572C1 RU 2748572 C1 RU2748572 C1 RU 2748572C1 RU 2020128317 A RU2020128317 A RU 2020128317A RU 2020128317 A RU2020128317 A RU 2020128317A RU 2748572 C1 RU2748572 C1 RU 2748572C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- hours
- temperature
- paste
- boriding
- Prior art date
Links
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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей, и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и технологической оснастки в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности. Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей борированием включает приготовление пасты для борирования, содержащей компоненты при следующем соотношении, мас.%: карбид бора В4С – 50-55, феррохром ФХ800А – 15-20, фторид алюминия AlF3 – 2-3, бентонит – 5-10, маршалит – 10-15, аморфный углерод ДГ-100 – остальное. В качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию, составляющую 30-35% от массы порошкообразных компонентов, состоящую из клея ПВА - 60-65, метанола или этанола – 20-25 и воды – остальное. Упомянутую пасту наносят на деталь, сушат при температуре 70-75°С в течение 0,5-1,0 ч. Затем деталь нагревают до температуры 920-1100°С в течение 3-6 часов. Затем подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550°C в течение 2 ч. Повышается износостойкость и коррозионная стойкость деталей, прочность обмазки, а также обеспечивается возможность обработки деталей любых размеров и форм, в частности, локальным борированием, и повышается равномерность нагрева деталей.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке конструкционных и инструментальных сталей и может быть использовано для поверхностного упрочнения деталей машин и технологической оснастки (штампов, пресс-форм, фильер и т.д.) в машиностроительной, металлургической, химической, инструментальной и других отраслях промышленности.
Известен способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей из порошковых смесей, включающий насыпку на дно жаростойкого тигля насыщающей порошковой смеси, содержащей бор, оксид алюминия, хром, иодид аммония, при следующем соотношении компонентов, мас.%: аморфный бор - 5-10, хром - 55-65, оксид алюминия - 25-28,5; иодид аммония - 1,5, толщиной 25-50 мм, укладывание деталей с зазорами между ними, не меньшими 20-25 мм, на этот слой. Затем детали засыпают слоем насыщающей смеси толщиной 35-40 мм, на него снова укладывают детали, далее цикл повторяют до заполнения жаростойкого тигля. После заполнения тигля на насыщающую смесь укладывают металлический лист и засыпают его порошком карбида кремния толщиной 40-50 мм. Последующее насыщение осуществляют путем борохромирования в вышеуказанной порошковой смеси при температуре 900-1100°С в течение 6-10 ч. Далее тигель остужают и извлекают упрочненные детали. При этом получают диффузионные слои, состоящие из карбидов и карбоборидов хрома и железа, твердого раствора хрома в железе, толщиной 30-80 мкм в зависимости от марки упрочняемой стали (Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / Под ред. Л.С.Ляховича. - М.: Металлургия, 1981. - С.334, табл.164).
Недостатками этого способа являются малая износостойкость деталей из конструкционных и инструментальных сталей, упрочненных в соответствии с описанным процессом, вследствие пониженной пластичности и малой толщины получаемых диффузионных слоев, высокая трудоемкость вследствие использования операций укладывания и извлечения деталей, насыпки в жаростойкий тигель насыщающей порошковой смеси, низкая экономичность, обусловленная, во-первых, повышенным расходом насыщающей порошковой смеси, так как минимально возможная толщина слоя смеси над деталью составляет 10 мм, во-вторых, отсутствием возможности повторного использования этой смеси, в-третьих, применением дорогостоящего аморфного бора и чистого хрома.
Известен способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей (патент RU 2360031 C2), включающий приготовление пасты путем смешивания карбида бора, феррохрома, мелкодисперсного графита, бентонита, фторида аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид бора 50-60, феррохром 15-20, мелкодисперсный графит 10-15, бентонит 5-7, фторид аммония 2-3, предварительно разводя ее в воде до пастообразного состояния, нанесения на изделие, сушку на воздухе до получения твердой корки, насыщение из обмазки при нагреве деталей от 900°С до 1150°C с выдержкой течение 4-6 ч, закалку в масле с температуры насыщения и отпуск при температуре 480-560°С в течение 1-3 часа.
Недостатки указанного способа состоят в том, что фторид аммония относится ко второму классу опасности для человека, что делает процесс химико-термической обработки не безопасным, при применении воды для приготовления пасты возникает осыпание обмазки в процессе сушки, либо сползание ее в процессе насыщения изделий, что приводит к браку.
Технической задачей изобретения является повышение износостойкости и коррозионной стойкости деталей, прочности обмазки, обеспечения возможности обработки деталей любых размеров и форм, обеспечение возможности локального борирования рабочих поверхностей деталей, повышения равномерности нагрева деталей, а также повышение экологической безопасности процесса химико-термической обработки деталей.
Технический результат достигается тем, что борированную среду готовят в виде пасты, содержащей: карбид бора В4С, феррохром ФХ800А, фторид алюминия AlF3, бентонит, маршалит, аморфный углерод ДГ-100 при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид бора В4С – 50…55; феррохром ФХ800А – 15…20; фторид алюминия AlF3 – 2…3, бентонит – 5…10; маршалит – 10…15; аморфный углерод ДГ-100 – остальное, а в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию (30…35% от массы порошкообразных компонентов), приготовленную из клея ПВА - 60…65%; метанола (этанола) – 20…25%, вода – остальное, наносят пасту на деталь, сушат при температуре 70-75°С, затем деталь нагревают до температуры 920-1100°С в течение 3-6 часов, далее подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550°С в течение 2 часов.
Борирование деталей из конструкционных и инструментальных сталей с использованием такого покрытия обеспечивает высокую износостойкости и коррозионной стойкость деталей, прочность обмазки при выполнении химико-термической обработки.
Способ борирования с использованием предлагаемой пасты осуществляется следующим образом: готовят пасту, для чего тщательно смешивают порошкообразные сухие компоненты и полученную смесь разводят поливинилацетатной эмульсией до образования пастообразной массы. Расход поливинилацетатной эмульсии составляет 30…35% от массы порошкообразных компонентов. Приготовленную пасту необходимо использовать в течение часа.
На детали, предварительно очищенные от загрязнений, наносят приготовленную пасту методом погружения в емкость с пастой (детали небольших размеров), либо кистью на упрочняемые поверхности крупногабаритных деталей. Слой пасты на поверхностях деталей должен составлять 3,0…5,0 мм.
Детали с нанесённой на их поверхности пастой высушивают при температуре 70-75°С в течение 0,5-1,0 часа до образования твердого покрытия. Детали с нанесённой на них пастой могут храниться неограниченное время до загрузки в печь, при этом они не вызывают загрязнения оборудования и персонала. Сухое покрытие устойчиво к ударам.
Для дальнейшей обработки детали упаковывали в герметизированный контейнер и заполняли нейтральным наполнителем, состоящим из 40% сажи, 50% кварцевого песка, 10% порошка мела для вытеснения воздуха. Подготовленный таким образом контейнер с деталями загружали в печь с герметичной ретортой Ц-105, разогретую до температуры 920°С до 1100°С и выдерживали в течение 3-6 часов. После борирования детали подвергали закалке и отпуску при температуре 200-550°С в течение 2 часов.
Борирование деталей с использованием предлагаемой обмазки можно использовать в печах непрерывного действия в эндотермической или азотирующей атмосферах (в условиях массового производства) или в цементационных ящиках (в условиях единичного, в частности ремонтного производства).
В качестве связующего вещества использовали бентонит, обладающий повышенной связывающей способностью и высокой сорбционной и каталитической активностью. Бентониты отличаются высокой водоудерживающей способностью - от 8 до 16 раз от массы сухого вещества. Бентониты не являются дефицитным материалом и выпускаются отечественной промышленностью. Основной недостаток бентонитового покрытия - невысокая прочность при повышенных температурах. Для повышения прочности бентонитового покрытия в его состав был введен маршалит. Маршалит - пылевидный кварц, огнеупорность которого составляет 1650-1710°C, что вполне достаточно для использования в пасте, температура которой не превышает 1200°C. При нагреве с бентонитом маршалит спекается в пористую массу, прочность которой составляет 0,4…0,7 МПа.
Маршалит – доступное и дешевое вещество, входящее в состав огнеупорных материалов. В качестве наполнителя маршалит также входит в состав пластмасс, клеев, красок и т.д. В результате эксперимента установлено, что наилучшее удержание пасты в процессе борирование наблюдается при соотношении бентонита и маршалита в связующей части покрытия ~(1:2).
Активность борированого покрытия зависит от соотношения в нем активной части, то есть карбида бора В4С, феррохрома ФХ800А, фторида алюминия AlF3 – 2…3, аморфного углерода ДГ-100 (в соотношении от 85:15% до 75:25%), и нейтральной части - связки бентонит и маршалит.
Борирование стали с использованием такого покрытия обеспечивает высокую скорость и равномерность насыщения поверхностных слоев бором и другими компонентами.
Содержание в обмазке феррохрома в количестве, составляющем 15-25 мас.%, является оптимальным, так как при данном содержании образуется коррозионная стойкость деталей.
Содержание в обмазке карбида бора в количестве, составляющем 50-54 мас.%, является оптимальным, потому что при этом содержании образуются диффузионные слои с наибольшей пластичностью и износостойкостью.
Содержание в обмазке фторида алюминия в количестве, составляющем 2-3 мас.%, является оптимальным, так как при данном содержании обеспечивается необходимая активность насыщающей обмазки, что приводит к формированию диффузионных слоев с оптимальной износостойкостью.
Содержание в пасте газовой сажи ДГ–100 в заданном количестве, является оптимальным, так как распад сажи позволяет насыщающим элементам активно поглощаться сталью, что обеспечивает высокую скорость насыщения при минимальном расходе компонента. Наличие под боридным слоем зоны с повышенным содержанием углерода после термической обработки благоприятно сказывается на работоспособности штампового инструмента, так как предотвращает продавливание боридного слоя в процессе эксплуатации.
Использование поливинилацетатной эмульсии, состоящей из клея ПВА - 60…65%; метанола (этанола) – 20…25%, вода – остальное, для приготовления пастообразователя повышает прочность обмазки.
Эффективность заявляемого способа иллюстрируется примером.
Втулки диаметром 50 мм и толщиной 10 мм из стали ХВГ предварительно обезжиренные уайт-спиритом покрывались слоем пасты, содержащей карбид бора В4С – 50…55; феррохром ФХ800А – 15…20; фторид алюминия AlF3 – 2…3, бентонит – 5…10; маршалит – 10…15; аморфный углерод ДГ-100 – остальное, разведенную до пастообразного состояния поливинилацетатной эмульсией (ПВА-60…65%; метанола (этанола) – 20…25%, вода – остальное).
Расход поливинилацетатной эмульсии составляет 30…35% от массы порошкообразных компонентов. Толщина покрытия детали пастой 3,0 – 5,0 мм.
Покрытые пастой образцы высушивались при температуре 70°С в течении 0,5-1,0 часа до образования твердого покрытия, затем детали упаковывали в герметизированный контейнер и заполняли нейтральным наполнителем, состоящим из 40% сажи, 50% кварцевого песка, 10% порошка мела для вытеснения воздуха. Подготовленный таким образом контейнер с образцами загружали в печь Ц-105, разогретую до температуры 920°С до 1100°С и выдерживали в течение 3-6 часов. После борирования детали подвергали закалке и отпуску при температуре 200-550°С в течение 2 часов.
Следует отметить, что образцы (детали) с высушенной обмазкой можно упаковывать вплотную друг к другу, что способствует небольшому расходу наполнителя и быстрому прогреву контейнера, таким образом, снижается себестоимость технологического процесса термической обработки деталей.
Данный способ борирования деталей для повышения их износостойкости и коррозионной стойкости не представляет технологических трудностей, и не требует использования дорогих или дефицитных материалов. Поэтому борирование деталей с использованием высокоактивной пасты может быть легко внедрена на любом машиностроительном предприятии, как в мелкосерийном и крупносерийном, так и ремонтном. При этом предлагаемый способ отличается высокой производительностью, технологической широтой, экономичностью и экологической безопасностью.
Claims (3)
- Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей борированием, характеризующийся тем, что готовят пасту для борирования, содержащую компоненты при следующем соотношении, мас.%:
-
карбид бора В4С 50-55 феррохром ФХ800А 15-20 фторид алюминия AlF3 2-3 бентонит 5-10 маршалит 10-15 аморфный углерод ДГ-100 остальное, - при этом в качестве пастообразователя используют поливинилацетатную эмульсию, составляющую 30-35% от массы порошкообразных компонентов, состоящую из клея ПВА - 60-65, метанола или этанола – 20-25 и воды – остальное, наносят упомянутую пасту на деталь, сушат при температуре 70-75°С в течение 0,5-1,0 ч, затем деталь нагревают до температуры 920-1100°С в течение 3-6 часов, затем подвергают закалке и отпуску при температуре 200-550°С в течение 2 ч.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128317A RU2748572C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020128317A RU2748572C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2748572C1 true RU2748572C1 (ru) | 2021-05-26 |
Family
ID=76033995
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020128317A RU2748572C1 (ru) | 2020-08-25 | 2020-08-25 | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2748572C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805687C1 (ru) * | 2023-03-13 | 2023-10-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ химико-термической обработки прецизионных деталей |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU863709A1 (ru) * | 1978-11-10 | 1981-09-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Состав дл борохромировани стальных деталей |
SU1014982A1 (ru) * | 1981-02-12 | 1983-04-30 | Всесоюзный конструкторско-технологический институт строительного и дорожного машиностроения | Состав дл борировани стальных изделий |
CN86105997A (zh) * | 1986-09-06 | 1988-03-23 | 第二汽车制造厂 | 金属平面高频加热膏剂渗硼法及装置 |
RU2360031C2 (ru) * | 2007-07-18 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ упрочнения деталей из штамповых сталей |
RU2482215C1 (ru) * | 2011-11-25 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ нанесения керамического покрытия на детали из чугунов и сталей |
CN102912240B (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 北京工业大学 | 激光熔覆制备高硼抗磨合金方法 |
-
2020
- 2020-08-25 RU RU2020128317A patent/RU2748572C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU863709A1 (ru) * | 1978-11-10 | 1981-09-15 | Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт | Состав дл борохромировани стальных деталей |
SU1014982A1 (ru) * | 1981-02-12 | 1983-04-30 | Всесоюзный конструкторско-технологический институт строительного и дорожного машиностроения | Состав дл борировани стальных изделий |
CN86105997A (zh) * | 1986-09-06 | 1988-03-23 | 第二汽车制造厂 | 金属平面高频加热膏剂渗硼法及装置 |
RU2360031C2 (ru) * | 2007-07-18 | 2009-06-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ упрочнения деталей из штамповых сталей |
RU2482215C1 (ru) * | 2011-11-25 | 2013-05-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ нанесения керамического покрытия на детали из чугунов и сталей |
CN102912240B (zh) * | 2012-10-25 | 2014-05-07 | 北京工业大学 | 激光熔覆制备高硼抗磨合金方法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2805687C1 (ru) * | 2023-03-13 | 2023-10-23 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) | Способ химико-термической обработки прецизионных деталей |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4637837A (en) | Process for boriding metals and metal alloys by means of solid boriding agents | |
CN112853260A (zh) | 一种粉末包埋渗涂层的制备方法 | |
US2811466A (en) | Process of chromizing | |
RU2704044C1 (ru) | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой пасте | |
RU2748572C1 (ru) | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в борированной среде | |
US4158578A (en) | Method for forming a carbide layer of a Va-Group element of the periodic table or chromium on the surface of a ferrous alloy article | |
CN108165924B (zh) | 一种用于增强模具钢表面硬度的盐浴渗剂及其应用方法 | |
RU2180018C1 (ru) | Способ изготовления порошковой смеси для термодиффузионного цинкования | |
US5110854A (en) | Water-based shielding compositions for locally protecting metal surfaces during heat treatment thereof | |
RU2728333C1 (ru) | Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей | |
US3959028A (en) | Process of working metals coated with a protective coating | |
CN109468579B (zh) | 一种基于真空热处理的模具靶向表面处理方法和渗硼剂 | |
CN103992686B (zh) | 耐高温吸氧涂料及其应用以及钛锭的生产方法 | |
RU2691431C1 (ru) | Способ бороалитирования стальной поверхности | |
US2681869A (en) | Surface-modifying metal articles by action of an impregnating or alloying metal and composition therefor | |
RU2757021C1 (ru) | Способ упрочнения деталей из инструментальных и конструкционных сталей в цементуемой среде | |
RU2360031C2 (ru) | Способ упрочнения деталей из штамповых сталей | |
RU2345175C1 (ru) | Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей | |
CN106191654B (zh) | 一种经济型耐磨耐蚀铁制容器及制备方法 | |
RU2757748C1 (ru) | Состав шихты для шликерных покрытий | |
RU2805687C1 (ru) | Способ химико-термической обработки прецизионных деталей | |
RU2025540C1 (ru) | Состав обмазки для цементации и нитрооксидирования деталей из легированных сталей и титановых сплавов | |
SU765398A1 (ru) | Состав дл борировани | |
SU952999A1 (ru) | Св зующее обмазки дл химико-термической обработки изделий | |
US5270374A (en) | Water-based shielding compositions for locally protecting metal surfaces during heat treatment thereof |