Теория и технология борирования

 

 

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СТАЛИ  НА РЕЗУЛЬТАТЫ БОРИРОВАНИЯ

 

 

Влияние углерода 

 

В большинстве работ, посвященных этому вопросу, отмечается существенное снижение углеродом толщины боридного слоя. Однако количественные результаты разных работ довольно противоречивы. Это можно объяснить рядом объективных причин: различным набором сталей, большими интервалами (0,2%С и больше) по углероду между соседними экспериментально полученными точками, неизбежными колебаниями в химическом составе сталей по постоянным примесям (Si, Mn, S, Р, N, Н, О), а также влиянием их платочных характеристик (наследственной склонностью к росту зерна, загрязненностью неметаллическими включениями и т. д.). При строгой количественной оценке влияния углерода на скорость формирования боридного слоя влияние указанных побочных факторов необходимо исключить. Последнее может быть достигнуто исследованием влияния углерода на цементированных образцах армко-железа по методике, описанной в работе [4]. Электролизное борирование цементированных образцов проводили при 900°С, плотности тока 0,25 А/см2 в течение 2 ч. Полученные результаты приведены на рис. 1. Из них видно, что на кривой «Толщина слоя — содержание углерода» имеется два интервала интенсивного снижения углеродом толщины слоя: первый в области концентраций от 0,1 до 0,45%С и второй от 0,8 до 1,2%С и выше. Аналогичные результаты

получены при насыщении из порошковой смеси на основе ферробора [4].

Следовательно, способ борирования не изменяет характера влияния углерода на кинетику роста борированного слоя, а вносит лишь количественные изменения, связанные с различным фазовым составом образующихся диффузионных слоев. Это в свою очередь свидетельствует о том, что обнаруженные закономерности обусловлены не столько кинетикой самого борирования, сколько особенностями перераспределения углерода и процессе формирования боридного слоя. Как известно, углерод практически не растворим в боридных фазах и по мере формирования боридного слоя вытесняется в переходную зону. В переходной зоне углерод концентрируется преимущественно в подборидной зоне. По мере удаления от боридного слоя концентрация углерода быстро уменьшается (рис. 2).

В сталях с 0,1—0,4% С по мере увеличения содержания углерода максимальная концентрация углерода в подборидной зоне растет, а время ее достижения уменьшается. Толщина боридного слоя при этом довольно резко падает. В интервале концентраций от 0,5 до 0,8%С концентрация углерода

(и бора) быстро достигает  некоторой предельной величины (близкой  к пределу растворимости углерода и бора в аустените при температуре борирвания) и далее остается практически постоянной, т. е. устанавливается как бы равновесие между скоростью оттеснения углерода растущим боридным слоем и скоростью его диффузионного отвода в глубь стали. Так как с увеличением содержания углерода в стали коэффициент его диффузии в аустените увеличивается, то достижение предельных концентраций (бора и углерода) в сталях < 0,5 и 0,8%С разнится мало и толщина боридного слоя снижается незначительно.

При анализе влияния углерода на толщину слоя следует также иметь в виду, что с ростом углерода в стали скорость его диффузионного перераспределения, несмотря на увеличение коэффициента диффузии, должна замедляться вследствие уменьшения градиента концентрации углерода между подборидной зоной и сердцевиной стали. Все перечне ленные выше причины приводят к тому, что зависимость толщины боридного слоя от содержание углерода в интервале концентраций от 0,1 до 0,8%С имеет вид «кривой насыщения». При очень малых концентрациях углерода (от 0,04 до 0,10%) толщина боридного слоя практически не снижается, а иногда даже увеличивается.

Составы сред и режимы борирования сталей 

Состав насыщающей среды	Режим борирования		Глубина слоя, мм
	Т, °С	τ, ч
Борирование в твердых средах
B4C* + 2–4 % NH4Cl	950–1050	3–6	0,15–0,30
80 % B4C + 16–18 % Al2O3 + 2–4 % NH4Cl
79 % B4C + 16 % Na2B4O7 + 5 % KBF4
Борирование в жидких средах
Электролизное борирование
40 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 50 % B2O3 + 10 % NaCl	950	2–3	0,15–0,3
Расплавленная бура – Na2B4O7	900–950	2–4	0,15–0,3
70 % Na2B4O7 + 30 % Na2SO4	600	4–6	0,015–0,025
Безэлектролизное борирование
60 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 40 % В4С	100–1050	3–5	0,2–0,35
Около 80 % Na2B4O7 + 15–17 % NaCl + 6–7 % порошка бора	850	2–3	0,04–0,05
	900–950	2–4	0,1–0,25
Борирование в газообразных средах
В2Н2, разбавленный водородом в соотношениях от 1 : 25 до 1 : 150	800–850	2–4	0,1–0,2
BCl3 + H2 в соотношении 1:20	750–950	3–6	0,1–0,25

 

 
Свойства борированных сталей:

Ø Борирование уменьшает плотность железа и стали;

Ø борирование влияет на теплопроводность;

Ø борирование понижает магнитную проницаемость углеродистых

сталей;

Ø борирование увеличивает электросопротивление стали;

Ø борирование влияет на прочность стали;

Ø в результате борирования увеличивается жесткость стали при кручении;

Ø усталостная прочность борированной стали зависит от метода, способа и

режима борирования, химического состава стали и технологии после-

дующей термообработки;

Ø характером свойство боридных слоев является высокая твердость;

Ø борирование обеспечивает высокую износостойкость изделий;

Ø боридные слои обладают повышенной хрупкостью;

Ø борированые стали обладают самой высокой коррозийной стойкостью;

при борировании увеличивается кислотостойкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

Борированные слои обладают высокой коррозионной стойкостью в растворах кислот (кроме азотной), солей и щелочей. Недостатком борированных слоев является их высокая хрупкость. Однако при соблюдении ряда условий (выбор правильной конструкции деталей без острых углов, абразивный характер износа, удаление продуктов износа с трущихся поверхностей и т. д.) бо-рирование является эффективным методом поверхностного упрочнения деталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы.

1. Гуревич Б.Г., Говязина Е.А. Электролизное борирование стальных деталей.
2. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов.
3.   Борисенок, Геннадий Владимирович, Васильев, Леонид Абрамович, Химико-термическая обработка металлов и сплавов : справочник.