Диффузионной металлизацией принято называть метод обработки сталей либо других металлов и сплавов, при которой поверхностный слой изменяется внедрением молекул других элементов.
Все это происходит при очень высоких температурах в специальной среде.
Результатом такой обработки является физическое укрепление слоя, а также повышение его жаростойкости, увеличение сопротивляемости процессу коррозии – поверхность менее изнашивается во время эксплуатации.
В отличие от нитроцементации и цианирования, где атомы углерода с азотом непосредственно внедряются в кристаллическую решетку стали, диффузионная металлизация предполагает более сложный процесс, когда атомы других элементов образуют со сталью так называемые растворы замещения, поэтому такой процесс длительный и требует применение более высоких температур, превышающих 1000 градусов по Цельсию.
Технология борирования
Главное назначение борирования поверхности – увеличение стойкости к износу поверхности изделий во время работы в агрессивных и абразивных средах при температуре до 800°С. Изобилие слоя поверхности стали бором используется для быстрорежущего и штамповочного инструмента, деталей дробильных и просеивающих машин, буровых установок и центробежных насосов.
Образование соединений бора приводит к некоторому изменению геометрических размеров детали, по этому тех. процесс в себя включает механическую обработку поверхностей после образования упрочненного слоя. Ввиду высокой твердости и стойкости к абразивам для обработки поверхностей применяют шлифовка и полирование поверхностей.
Технология борирования выполняется по самым разным методикам, использование которых диктуется характерностями производства и видами обрабатываемых изделий.
Режим проведения процесса зависит от желаемой толщины покрытия и марки стали. В большинстве случаев борируемые стали содержат большое содержание углерода и легирующих присадок.
В список материалов, к которым применяется рассматриваемая технология, входят также изделия из нержавейки.
Воздействие легирующих компонентов на глубину борированного слоя
Газовое борирование
Газовое борирование схоже с процессами цементации и азотирования сталей. Процесс проводят в печах в среде диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), триметила — (СН3)3В или других борсодержащих веществ. Чаще применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, азотом или аммиаком.
Применение азота в качестве разбавителя сильно снижает взрывоопасность среды. Насыщение прoводят при температурах 800-900°С. Время выдержки составляет от 2 до 6 часов. Существенное влияние на результаты борирования оказывает избыточное давление насыщающей среды.
При газовом борировании на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 0,1-0,2 мм и твердостью 1800-200HV.
Методы борирования стали
Широкое разнообразие методов борирования стали дает возможность применять наиболее технологичные в каждом определенном производстве. Самые популярные методики такие:
- В газообразной обстановке;
- В жидкой обстановке;
- В твёрдой обстановке.
В большинстве случаев изобилие бором выполняется конкретно при отливке деталей. Этот способ дает возможность значительно облегчить технологический производственный процесс деталей конструкции, они не требуют большой точности при финальной отделке.
Вышеперечисленные методики обработки в себя включают огромное количество разных видов, которые отличительны определенными тонкостями.
Комбинированное борирование углеродистой стали
Жидкостное безэлектролизное борирование
Для жидкостного борирования используются расплавы смесей, главной составляющей которых считается тетраборат натрия (бура) с добавлением карбида бора, хлорида натрия и силиката марганца. Температура расплавленной массы составляет 900°С. Толщина отделанного слоя может составлять до 0.2 мм.
Жидкостное борирование в расплаве имеет то преимущество, что глубина обработки не зависит от формы поверхности которая обрабатывается.
Из плохих качеств стоит отметить, что расплав активных веществ быстро истощается, при этом компенсация расхода некоторых элементов затруднена, как и обозначение химического состава смеси.
Варианты использования технологии жидкостного борирования
Электролизное борирование
Уменьшить время процесса при жидкостном борировании помогает применение эффекта электролиза при прохождении электротока через обрабатываемую деталь и расплав.
Процесс электролизной обработки идет при маленьких значениях плотности тока и тех же температурах расплавленного электролита, что и при простом жидкостном борировании.
Хотя при этом способе применяется только бура, минусом считается ее чрезмерный расход, потому как часть бора при электролизе падает в виде аморфной массы, которая, более того, может образовывать изъяны на поверхности заготовки.
Уменьшить температуру расплава помогает введение фторосодержащих добавок – фторида и фторбората натрия.
Газовое борирование
Одинаковое и однородное проникновение бора в верхний слой металла достигается во время использования метода газового борирования. Борирование деталей выполняется при температуре 850°С в обстановке газов, содержащих оксиды, галогениды и водородные соединения бора. Выделяющийся при термическом разложении газов атомарный бор, садится на поверхности изделий и диффундирует вглубь металла.
- Нужно сказать, что некоторые борирующие смеси газов очень взрывоопасны, что налаживает ограничения на использование этой методики.
- Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Применение
Борирование применяют для повышения износостойкости втулок подшипников и рабочих колёс погружных электроцентробежных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм машин литья под давлением и деталей из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода (20, 18ХГТ, 15X11МФ, Х23Н18, 45, 40Х, Х12, У10 и др.). Стойкость деталей после борирования увеличивается в 2—10 раз.
Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °C окалиностойкостью и теплостойкостью до 900—950 °C. Твёрдость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000—20 000 МПа.
Плюсы и минусы диффузионного насыщения металлов
Применяя диффузионную металлизацию, в поверхностный слой металлического изделия можно внедрить практически любой диффундирующий элемент – это следует отнести к положительным аспектам метода.
Отрицательные же аспекты, которые не позволяют широко использовать такую обработку на предприятиях, следующие:
- скорость диффузии очень мала и требует многих часов обработки;
- поддержание высоких температур ведет к серьезным затратам энергии;
- из-за повышенного нагрева деталь подвергается деформации;
- полученный слой уступает по показаниям защиты слоям, получаемым менее затратными методами, например нитроцементацией.
Уважаемые посетители сайта, кто знает о методе диффузионной металлизации либо применял этот метод на практике, поделитесь своими знаниями в х. Опыт всегда лучше, чем теория!
Поиск записей с помощью фильтра:
Это интересно: Цементация стали — цель, технология процесса, режимы
Литература
- Борисенок Г. В., Васильев Л. А., Ворошнин Л. Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник. — М.: Металлургия, 1981. — 424 с.
- Ворошнин Л. Г.. Борирование промышленных сталей и чугунов. — Минск: Беларусь, 1981. — 205 с.
- Ворошнин Л. Г., Ляхович Л. С.. Борирование стали. — М.: Металлургия, 1978. — 240 с.
- Ворошнин Л. Г., Лабунец В. Ф., Киндрачук М. В. . Износостойкие боридные покрытия. — Киев: Техника, 1989. — 158 с. — ISBN ISBN 5-335-00329-4.
- Ворошнин Л. Г., Ляхович Л. С., Ловшенко Ф. Г., Протасевич Г. Ф.. Химико-термическая обработка металлокерамических материалов. — Минск: Наука и техника, 1977. — 272 с.
- Гуревич Б. Г., Говязина Е. А.. Электролизное борирование стальных деталей: Справочное пособие. — М.: Машиностроение, 1976. — 72 с.
- Ворошнин Л. Г., Алиев А. А.. Борирование из паст. — Астрахань: АГТУ, 2006. — 287 с. — ISBN 5-89154-170-X.
- Бельский Е. И., Понкратин Е. И., Ситкевич М. В., Стефанович В. А.. Химико-термическая обработка инструментальных материалов. — Минск: Наука и техника, 1986. — 247 с.
- Ю. М. Лахтин, В. П. Леонтьева. Материаловедение. — М.: Машиностроение, 1990.
- А. С. СССР: № 755425, 833357, 904871, 1068208.
- Чернов Я. Б., Анфиногенов А. И., Шуров Н. И. Борирование сталей в ионных расплавах — Екатеринбург 2001.
| Поделитесь в соц.сетях: |
Источник: https://intehstroy-spb.ru/spravochnik/borirovanie-staley.html
Диффузионная сварка
Диффузия — процесс взаимного проникновения двух разных веществ при их соприкосновении. Процесс диффузии одинаков при взаимодействии любых веществ: будь то газо-, жидко- или твердообразных. Но диффузия в своем привычном виде практически неприменима, поскольку это долгий и малоэффективный процесс. Так каким же образом диффузия получила свое применение в сварке?
Все просто. В середине 20-го века советский ученый Н.Ф. Казаков воспользовался диффузией при сварке металлов, добавив при этом давление, нагрев и вакуум. Так появилась диффузионная сварка металлов. Ниже схема диффузионной сварки с кратким описанием.
Технология
На изображении выше вы прочли всю основную информацию. Предлагаем подробнее ознакомиться с технологией диффузионной сварки. Ведь диффузионная сварка в вакууме позволяет получить по-настоящему качественное соединение без применения классических технологий сварки.
Все начинается со специальной камеры, в которую помещаются детали. В камере создается технический вакуум, при этом разряжение в камере должно быть как можно выше. Так удастся добиться лучших результатов при сварке.
Далее детали нагреваются до определенной температуры. Температура зависит от металла заготовки и его свойства. Иногда бывают ситуации, когда нагрев может навредить детали, и тогда диффузионную сварку производят без нагрева.
Но в таком случае время сварки увеличивается в несколько раз. В большинстве случаев нагрев лишь поспособствует формированию качественного шва, поскольку благодаря нагреву ускоряется диффузионный процесс.
Детали нагреваются радиационным, индукционным или электроконтактным способом.
Затем на детали оказывается давление. Оно может быть разнообразным. И длительным, и кратковременным, и локальным. Но в конечном итоге вы должны получить один результат — диффузия должна ускориться.
Если вам нужно добиться исключительного качества сварного соединения, то можно использовать металлическую фольгу толщиной в несколько микрон, которой обматывают место стыка. Также есть разнообразные химические вещества, которые можно нанести на место стыка и тем самым поспособствовать улучшению качества шва.
После сварки деталь нужно отправить на обязательный контроль качества. Зачастую используются методы радиографического или ультразвукового контроля. Не рекомендуем капиллярный контроль, поскольку он не будет эффективным в данном случае.
Визуально-измерительный контроль сварных соединений
Это основные этапы диффузионной сварки. Они могут быть изменены на усмотрение сварщика, если того требуют детали или условия сварки. И учитывайте, что при сварке разных металлов должно использоваться разное давление, ровно как и температура нагрева. Нельзя для цветных и черных металлов использовать одни параметры сварки, это грубейшая ошибка.
Оборудование
Оборудование для диффузионной сварки представляет собой специальный стенд с вакуумной камерой. В камеру как раз и помещаются детали. Именно по этой причине диффузионная сварка часто называется просто «вакуумная сварка». Детали стыкуются в камере, нагреваются и сжимаются под давлением.
В таком состоянии заготовки находятся от нескольких минут до нескольких часов. Продолжительность диффузионной сварки зависит от типа металла, из которого сделаны детали, степени нагрева и давления. В результате образуется неразъемное сварное соединение. Оно отличается высоким качеством и долговечностью. Все установки для диффузионной сварки должны быть оснащены системой активного охлаждения. Благодаря им деталь, находящаяся в камере, остывает равномерно, нет скачков температур. В результате заготовка теряет все свое остаточное напряжение и на месте стыка не образовываются трещины. Шов получается прочным и долговечным.
Достоинства и недостатки
Диффузная сварка, как и любая другая, обладает своими характерными плюсами и минусами. Мы подробно перечислим их, внося свои пояснения. Ведь за время работы нам удалось испробовать эту технологию и в полной мере убедиться во всех достоинствах и недостатках.
Начнем с плюсов. Самый главный плюс — не нужно использовать расходники. Ни электроды, ни проволока, ни газ вам не понадобятся в процессе работы. Поэтому диффузионная сварка считается одной из самых экономически выгодных. К тому же, при данном методе сварки нет вредных выбросов в атмосферу.
Второе преимущество, которое так же очень выгодно с экономической точки зрения — крайне низкое энергопотребление.
Чтобы сформировать шов в диффузионной установке вам понадобится куда меньше энергии, чем при других способах сварки.
Также упомянем, что с помощью диффузионной сварки вы сможете сварить несколько типов металлов одновременно. Не нужно беспокоиться об их разных свойствах и особенностях.
Еще один плюс — нет никаких ограничений по размерам деталей. Не важна длина, ширина и толщина металла. Можно варить крохотные детали, а можно сварить огромные. Главное, чтобы у вас была подходящего размера установка для сварки. К тому же, вы можете сделать соединение любого типа. И стыковое, и тавровое, и внахлест.
Не забывайте и том, что качество шва после диффузной сварки всегда на высоте. Оно куда лучше, чем при газовой или электрической сварке. Готовые швы можно даже не обрабатывать, поскольку они и так достаточно эстетичны.
Еще один плюс, которые мы заметили в работе, это абсолютная безопасность для сварщика. Все процессы протекают в закрытой камере, а это значит, что вы будете защищены от брызг металла, открытого пламени или электрического тока. Не стоит забывать и о химических парах, выделяемых при некоторых технологиях сварки. Все это негативно влияет на здоровье. А при диффузной сварке вы защищены.
Что ж, это основные достоинства диффузионной сварки. Чтобы быть объективными, мы перечислим и несколько недостатков. Но сразу скажем, что они не так уж существенны, на наш взгляд.
Главный недостаток — это само оборудование. Оно стоит недешево, чтобы с ним работать нужно предварительно обучиться, а для обслуживания требуются квалифицированные техники.
К тому же, вы просто не сможете сварить деталь какого угодно размера, поскольку ваша установка может быть не рассчитана на это. Вы скажете, что можно просто купить огромную установку и варить в ней детали любого размера.
Это так, но учтите, что чем больше установка, тем сложнее установить в камере нужный вакуум.
Второй недостаток — это необходимость тщательной подготовки металла под сварку. Нужно не просто почистить поверхность от грязи. Требуется очень кропотливая зачистка, чтобы диффузия была быстрой. Чем хуже вы зачистите металл, тем хуже будет качество шва.
Вместо заключения
Вот и все, что мы хотели рассказать вам о диффузионной сварке. Да, это не самая простая технология (по сравнению с ручной дуговой сваркой, например), но она дает много возможностей.
Вам становится доступна диффузионная сварка титана или любых других металлов. К тому же, не нужно использовать электроды, обрабатывать место сварки. При этом качество соединения на высоком уровне.
Вы когда-нибудь сталкивались в своей практике с диффузионной сваркой? Расскажите об этом в х. Желаем удачи!
Источник: https://svarkaed.ru/svarka/vidy-i-sposoby-svarki/diffuzionnaya-svarka.html
Борирование сталей
Борирование стали проводят для повышения ее поверхностной твердости ( до 1800-2000 HV), соответственно износостойкости, повышения коррозионной стойкости, окалиностойкости (до 800°С) и теплостойкости.
Процесс заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в определенной среде. В зависимости от способа борирования можно получить как однослойную, так и двухслойную поверхность стали. После борирования, микроструктура стали выглядит как показано на рисунке.
Газовое борирование
Газовое борирование схоже с процессами цементации и азотирования сталей. Процесс проводят в печах в среде диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), триметила — (СН3)3В или других борсодержащих веществ. Чаще применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, азотом или аммиаком.
Применение азота в качестве разбавителя сильно снижает взрывоопасность среды. Насыщение прoводят при температурах 800-900°С. Время выдержки составляет от 2 до 6 часов. Существенное влияние на результаты борирования оказывает избыточное давление насыщающей среды.
При газовом борировании на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 0,1-0,2 мм и твердостью 1800-200HV.
Электролизное борирование
Такое борирование чаще проводят при электролизе расплавленной буры (Na2B4O7). Процесс проводят в ваннах при температуре 930-950°С, время выдержки 2-6 часов. Борируемые изделия служат в качестве катодов, которые монтируются на подвески.
Жидкостное борирование
Жидкостное борирование основано на диффузионном безэлектролизном насыщении поверхности стали бором. Его, также как и электролизное борирование, проводят в печах-ваннах. В качестве насыщающих сред используют расплавленные хлористые соли (NaCl, BCl2) с добавками ферроброма или карбида бора. Также применяют расплавы других щелочных металлов, например Na2B407.
В данном случае, к расплаву дополнительно добавляют электрохимические восстановители: химически активные элементы (Al, Si, Ti, Са, Мn, В и др.) или ферросплавы, лигатуры и химические соединения на их основе. Для получения двухфазных (FeB + Fe2B) слоев можно использовать расплав, состоящий из 60-70 % Na2B407 и 40-30 % В4С.
Для получения однофазных (Fe2B) слоев можно использовать расплав, состоящий из 70 % Na2B407 и 30 % SiC
Другие технологические способы борирования
Часто, с целью местного борирования, применяю борирование пастами. Такой способ целесообразен для химико-термической обработки крупногабаритных изделий.
Также стоит отметить способ борирования в ящиках при помощи порошков-наполнителей. При таком способе используют порошки аморфного и кристаллического бора, карбида бора, ферробора и т.д.
Процесс проводят при температуре 900-1000°С в течение 2-6 часов. При этом получается слой толщиной 0,08-0,15 мм.
В качестве преимущества борирования перед другими способами химико-термической обработки стоит отметить более высокую поверхностную твердость стали.
Источник: https://HeatTreatment.ru/borirovanie-stalej
БОРИРОВАНИЕ
Борированием называется ХТО, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагревании в соответствующей среде. Борирование чаще выполняют при электролизе расплавленной буры (Na2B407). Температура насыщения 930— 950 °С при выдержке 2—6 ч.
Процесс можно вести и без электролиза в ванных с хлористыми солями (NaCl, ВаС12), в которые добавляют 20% ферробора или 10% карбида бора (В4С). Хорошие результаты получаются при газовом борировании.
В этом случае насыщение ведут при 850—900 °С в среде диборана (В2Н6) или треххлористого бора (ВС13) в смеси с водородом.
Диффузионный слой состоит из боридов FeB и Fe2B. Толщина слоя — 0,1—0,2 мм. Борированный слой обладает высокими твердостью (HV = 1800—2000), стойкостью, окалиностойкостью (до 800 °С) и теплостойкостью.
Борирование применяют для повышения износостойкости втулок грязевых нефтяных насосов; дисков пяты турбобура; вытяжных, гибочных и формовочных штампов; деталей пресс-форм и машин для литья под давлением. Износостойкость деталей после борирования возрастает в 2—10 раз.
ДИФФУЗИОННАЯ МЕТАЛЛИЗАЦИЯ (НАСЫЩЕНИЕ МЕТАЛЛАМИ)
Диффузионная металлизация — процесс диффузионного насыщения поверхности слоев стали различными металлами.
Изделие, поверхность которого обогащена этими элементами, приобретает ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твердость.
Как и при других видах ХТО, диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.
При твердой диффузионной металлизации металлизатором является ферросплав (феррохром, ферросилиций, ферроалюминий — сплавы железа с хромом, кремнием, алюминием и т.д.
с высоким содержанием этих элементов) с добавлением хлористого аммония (NH4C1).
В результате реакции металлизатора с НС1 и С12 образуются летучие соединения хлора с металлом (А1С13, CrCl2, SiCl4), которые при контакте с металлической поверхностью диссоциируют с образованием свободных атомов.
- Жидкую диффузионную металлизацию проводят погружением детали в расплавленный металл (например, алюминий).
- Газовую диффузионную металлизацию проводят в газовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.
- В зависимости от метода переноса диффузионного элемента на насыщенную поверхность различают следующие основные способы диффузионной металлизации:
- • погружением в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (Al, Zn);
- • из расплавленных солей, содержащих диффундирующий элемент (с электролизом и без него);
- • из сублимированной фазы путем испарения диффундирующего элемента;
- • из газовой фазы (контактным и неконтактным путем), состоящей из галогенных соединений диффундирующего элемента.
В последние годы насыщение металлами (например, хромом) проводят путем испарения диффундирующего элемента в вакууме. Ниже дана характеристика наиболее часто применяемых процессов диффузионной металлизации.
Алитирование — это насыщение поверхности стали алюминием. В результате алитирования сталь приобретает высокую окалиностой- кость (до 850—900 °С) и коррозионную стойкость в атмосфере.
При алитировании в порошкообразных смесях чистые детали вместе со смесью упаковывают в металлический контейнер. В рабочую смесь входят порошковый алюминий (25—50%) или ферралюминий (50—75%), окись алюминия (25—50%) и хлористый алюминий (1,0%).
Процесс осуществляется при 900—1000 °С в течение 3—12 ч.
Реже применяют алитирование в ваннах с расплавленным алюминием. Алитируемые детали погружают в расплавленный алюминий (92—94% А1; 6—8% Fe). Железо добавляют для того, чтобы предотвратить растворение обрабатываемых деталей в алюминии. Процесс проводят при 700—800 °С в течение 45—90 мин.
Алитирование в расплавленном алюминии отличается от алитирования в порошкообразных смесях простотой метода, быстротой и более низкими температурами.
Основной недостаток процесса — налипание алюминия на поверхность деталей.
Хромирование — поверхностное насыщение хромом. Используют для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости, ока- линостойкости (до 850 °С) и т.д.
- Хромирование средне- и высокоуглеродистых сталей повышает их твердость и износостойкость. Его чаще всего проводят в порошкообразных смесях (50% металлического хрома или феррохрома; 49%
- юо
- окиси алюминия и 1% хлористого алюминия) при температуре 1000— 1050 °С.
Диффузионный слой, получаемый при хромировании углеродистых сталей, состоит из карбидов хрома (Fe, Сг)7С3 и (Fe, Сг)23С6. Карбидный слой имеет высокую твердость: HV = 1200—1300. Толщина хромированного слоя достигает 0,15—0,20 мм при 6—15 ч.
Иногда применяют хромирование в вакууме. Изделия засыпают кусочками (диаметром 1—3 мм) хрома в стальном или керамическом тигле и помещают в вакуумную печь (разрежение 1,3—0,13 Па). При высоких температурах (960—1000 °С) хром испаряется и диффундирует в сталь.
Хромирование проводят для пароводяной арматуры, клапанов, вентилей, а также для деталей, работающих в агрессивных средах.
Силицирование — процесс насыщения поверхности стали кремнием. В результате силицирования сталь приобретает высокую коррозионную стойкость в морской воде и различных кислотах, повышенную износостойкость. Кроме того, силицирование резко повышает окалиностойкость молибдена и некоторых других металлов и сплавов.
Силицированный слой представляет собой твердый раствор Si в a-железе и, несмотря на низкую твердость (HV = 200—300) и значительную пористость, после пропитки маслом при 170—200 °С имеет повышенную износостойкость.
Силицирование можно проводить в порошкообразных смесях, состоящих из 60% ферросилиция; 39% окиси алюминия и 1% хлористого аммония; но наиболее часто применяют газовое силицирование. В печи с вращающимися ретортами засыпают детали и куски ферросилиция или карбида кремния. Через реторты пропускают хлор, который взаимодействует с кремнием и образует SiCl4.
В результате последующих химических реакций SiCl4 способствует образованию атомарного кремния, который адсорбируется на поверхности изделия и диффундирует вглубь металла. При газовом силицировании при 1000 °С в течение 2—4 ч образуется слой толщиной 0,5—1,0 мм.
Силицированию подвергают детали, применяемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности.
В последние годы разработаны и получают промышленное внедрение новые процессы поверхностного насыщения металлов — ти- танирование (насыщение титаном) и цинкование (насыщение цинком).
Контрольные вопросы
- 1. Назовите преимущества и недостатки химико-термической обработки сталей.
- 2. Какие стадии включает в себя технологический процесс химико-термической обработки?
- 3. В чем заключаются особенности цементации твердыми и газовыми карбюризаторами?
- 4. В каких случаях применяют цементацию? азотирование? нитроцементацию? борирование?
- 5. Какие свойства поверхности можно получить за счет диффузной металлизации?
Источник: https://studref.com/372957/tehnika/borirovanie
Борированная сталь
Каждому владельцу аграрного бизнеса, будь то небольшое фермерское хозяйство или крупный агрохолдинг, не понаслышке известно как, порой, не вовремя выходит из строя почвообрабатывающая техника, и сколько времени занимает возвращение ей былого потенциала.
Производители сельскохозяйственных агрегатов постоянно работают над усовершенствованием функционала агрегатов, улучшением их потребительских качеств. Одним из таких новшеств на международном рынке сельхозтехники стало использование уникальной технологии закалки стали, о которой пойдет речь далее.
Борирование позволило в 2-3 раза увеличить прочность и износостойкость рабочих органов, что дает возможность аграриям тратить меньше времени и средств на техническое обслуживание оборудования.
Борирование рабочих органов сельскохозяйственного оборудования – современное решение для экономии времени и средств!
Борированная сталь обладает высокой теплостойкостью (+900-950 °С) и жаростойкостью (+800 °С), что выводит ее потребительские характеристики на принципиально новый уровень.
Материал активно применяется для изготовления сельскохозяйственных и промышленных агрегатов.
По уровню стойкости к износу борированная сталь несколько уступает одинаковому по твердости металлу с термодиффузионным покрытием хрома, но это не умаляет ее других характеристик и не препятствует доминированию на современном рынке сельхозтехники.
Среди ключевых положительных качеств борсодержащей стали стоит отметить следующие:
· Высокая прочность поверхностного слоя
Сталь, которая подвергается закалке с применением технологии борирования, – стойкий к механическим воздействиям, влаге, воздействию химических веществ, но при этом достаточно хрупкий материал. Борирование позволяет упрочить комплектующие механизмов и рабочие органы сельскохозяйственных агрегатов, которые подвергаются интенсивным нагрузкам, предотвращает их абразивный износ.
· Стойкость к коррозийным процессам
Борированная сталь проявляет достойную устойчивость к образованию коррозии под воздействием водных растворов кислот (кроме азотной).
Стоит отметить, что наилучшим образом противостоять агрессивной среде при одной толщине слоя металла способны именно однофазные боридные слои, обладающие большей кислотостойкостью, чем те, что состоят из двух фаз.
К воздействию азотной кислоты боридные слои не устойчивы, но разрушение материала происходит менее интенсивно, чем при столкновении с агрессивной средой изделий из неборированного металла.
· Теплостойкость и жаростойкость
Борированная сталь – теплостойкий и жаростойкий материал, что, несомненно, является положительным моментом, который говорит в пользу применения инновационной технологии.
Особенности технологического процесса
- Технология борирования предполагает насыщение ионами бора поверхностного слоя металла, из которого произведен рабочий орган, деталь или метизы. Существует два метода получения борированных сталей:
- · Жидкостный электролизный – активно применяется производителями сельхозтехники и стальных изделий для других отраслей народного хозяйства.
- · Газовый – прошел апробацию в специализированных лабораториях, является более эффективным, но пока не достаточно безопасным для внедрения в массовое производство.
Жидкостное элекролизное борирование
Метод предполагает помещение обрабатываемой детали, которая выступает в качестве катода, и специального стержня-анода в тигель с расплавленной бурой.
Далее через анод пропускают постоянный ток, таким образом происходит активизация процесса электролиза.
Оптимальной температурой, при которой ионизация поверхностного слоя металла проходит наиболее эффективно, считается показатель 920-950 °С.
- Под действием тока происходит диссоциация с образованием атомов бора, которые диффундируют в поверхностный слой металла. Чтобы получить диффузионный слой толщиной 0,15-0,35 мм важно соблюсти следующие технологические условия:
- · 0,15-0,20 А/см2 – плотность тока на катоде;
- · 2-14 В – напряжение;
- · +930-950 °С – температура;
- · 2-4 часа – время выдержки.
Увеличение этих показателей обеспечивает незначительное увеличение борированного слоя металла, но при этом приводит к возрастанию хрупкости.
Повышение температуры сокращает срок службы оборудования, увеличивает расход сырья, приводит к ухудшению структуры металла.
В то же время, при температуре, которая ниже указанного в технических условиях промежутка, происходит замедление диффузионного процесса и, как следствие, насыщение ионами бора поверхностного слоя металла проходит менее активно.
Прежде чем подвергать деталь борированию, ее поверхность очищают от ржавчины и окалины посредством дробеструйной обработки.
Чтобы очистить металл от масляных пятен, деталь протирают ветошью, которую при наличии на поверхности сложновыводимых загрязнений смачивают в бензине.
Чтобы защитить участки, которые нежелательно подвергать борированию, применяют технологию электролитического хромирования или осуществляют гальваническое омеднение.
Чтобы растворить налипшую буру, после снижения температуры борируемой детали металлические изделия кипятят в воде около 1-2 часов. Затем поверхность тщательно прорабатывают металлической щеткой, и отправляют деталь на закалку. Такое решение позволяет упрочить сердцевину, которая в первоначальном вязком состоянии может привести к продавливанию борированного слоя.
Технология жидкостного электролизного борирования предполагает использование специальных печей-ванн, нагрев которых происходит под действием электрического или газового нагревательного элемента, и специальных держателей для фиксации обрабатываемых деталей.
Газовое борирование
Газовое борирование предполагает совершенно иной подход к реализации технологии насыщения поверхностного слоя металла ионами бора. Обработка деталей осуществляется в активной газовой среде при более низком температурном режиме.
- Для эффективной реализации метода газового борирования важно обеспечить следующие условия (для получения слоя толщиной 0,15 – 0,20 мм):
- · 25:75 – процентное отношение диборана и водорода в газовой среде;
- · +850 °С – температура процесса;
- · 3-4 часа – время выдержки.
- Газовое борирование является более совершенной и эффективной технологией, но используемые газовые смеси взрывоопасны и достаточно токсичны, что, к сожалению, ограничивает возможность применения этого метода в условиях производственных объектов.
Тонкие места технологии борирования
Износостойкость борированной и азотированной стали обеспечивается благодаря высокой твердости и износостойкости боридов и нитридов. При этом технология имеет существенный недостаток – в процессе выдержки металл становится достаточно хрупким. Нивелировать этот фактор позволяет особый подход к конструированию деталей.
Стремление многих производителей получить максимально твердую основу процессе термообработки может привести к растрескиванию боридного слоя. Нежелательный эффект напрямую связан с мартенситным превращением, которое сопровождается нежелательным увеличением объемов.
Предотвратить окисление боридного слоя позволяет соблюдение в процессе борирования температурного режима, установленного для стали той или иной марки.
Температуру изотермической среды для охлаждения металлических деталей выбирают в зависимости от заданной твердости стали, что подвергается закалке. При создании таких условий изменение размеров будет минимальным.
Термообработка борированной стали также возможна по технологии, которая предполагает ускоренное охлаждение (не требуется извлечение деталей из контейнера, где проходил процесс борирования).
Наибольшую стойкость к задиранию при прохождении испытаний на специализированном стенде показала борированная сталь, оставив далеко позади образцы из армированной, азотированной сталей и сплавов ЦН-2 и ЦН-3. Во время проведения опытов удалось выявить взаимосвязь между удельным сопротивлением при сухом трении и увеличением твердости.
В заключение всего вышесказанного стоит отметить, что борирование углеродистых и легированных сталей при неукоснительном соблюдении технологии позволяет добиться высокой устойчивости материала к коррозии под воздействием растворов солей, кислот (кроме азотной) и щелочей. Недостатком технологии является высокая хрупкость металла, но реализация правильных конструктивных решений позволяет добиться максимальной эффективности упрочения деталей посредством борирования.
Источник: https://veles-euro.trade/borirovannaya-stal/
Большая Рнциклопедия Нефти Рё Газа
Cтраница 1
Процесс борирования имеет существенные недостатки, т.к. борирование вызывает в стали повышенную хрупкость; в условиях атмосферной коррозии и коррозии в воде борированные стали недостаточно стойки. [1]
Процесс борирования состоит из нескольких последовательных операций: подготовки насыщающей смеси перемешиванием компо нентов и удалением влаги, упаковки деталей в контейнеры, выдержки контейнеров в печи при оптимальной температуре, охлаж-дения и распаковки, очистки борированных деталей и термообработки. [2]
Процесс борирования осуществляется обычно РїСЂРё температуре 920 — 950 РЎ РІ жидких средах, содержащих расплав Р±СѓСЂС‹ СЃ карбидом Р±РѕСЂР°, РІ газообразных средах Рё твердых смесях. [3]
Процесс борирования, состоящий в насыщении поверхностного слоя стали В, повышает твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах. Борирование производят в твердых, жидких и газообразных средах. [4]
Процесс борирования осуществляется обычно РїСЂРё температуре 920 — 950 РЎ РІ жидких средах, содержащих расплав Р±СѓСЂС‹ СЃ карбидом Р±РѕСЂР°, РІ газообразных средах Рё твердых смесях. [5]
Процесс борирования ведется в порошкообразной смеси бора, глинозема и хлористого аммония или в жидких ваннах, в состав которых входит бура, карбид бора или ферробор. [6]
Процесс борирования, состоящий в насыщении поверхностного слоя стали В, повышает твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах. Борирование производят в твердых, жидких и газообразных средах. [7]
Процесс борирования тугоплавких металлов и сплавов по сравнению с железными сплавами изучен значительно слабее.
Рто объясняется тем, что основные усилия РІ области покрытий для тугоплавких металлических материалов были направлены прежде всего РЅР° разработку жаростойких покрытий, Рє которым собственно боридные покрытия РЅРµ относятся. Как показали отдельные исследования, сочетание боридных Рё силицидных покрытий или совместное насыщение кремнием Рё Р±РѕСЂРѕРј может существенно повысить защитные свойства силицидных покрытий [ 73, СЃ. РљСЂРѕРјРµ того, боридные покрытия РЅР° тугоплавких металлах представляют Рё самостоятельный интерес, РІ первую очередь как износостойкие. [8]
В процессе борирования происходит перераспределение легиру-ющих элементов между слоем и основным металлом.
Углерод, хром, вольфрам и молибден диффундируют из слоя в основной металл, а никель, марганец и кремний обогащают борированный слой, мигрируя из основного металла к слою.
Встречный поток атомов кремния и углерода приводит к обогащению ими переходной зоны от боридов к металлу. [9]
Углерод в процессе борирования оттесняется вглубь, и непосредственно под слоем боридов образуется зона, обогащенная углеродом ( рис.
63, б), протяженность которой значительно превосходит глубину зоны боридов.
Легирование стали карбидообразующими элементами, особенно титаном, снижает или предотвращает рост зерна аустенита в переходной зоне и матрице.
В сталях, содержащих повышенное количество кремния, в переходной зоне образуется графит и феррит. При образовании графжта борированный слой легко скалывается. [11]
Микротвердость самого молибдена в процессе борирования практически не изменялась. [12]
РќР° поверхности стали Рљ13 РІ процессе борирования поверхностного слоя РїСЂРё температуре 750 — 900 РЎ можно создать достоточно твердый ( HVoi2600), стабильный Рё износостойкий слой.
Однако под влиянием такой обработки полностью размягчается сердцевина.
Поэтому обычно борированию подвергают окончательно обработанный и отожженный инструмент и только после этого следуют закалка и отпуск. [13]
В последние годы получил широкое распространение процесс борирования углеродистых конструкционных сталей, а также легированных сталей ферритного и аустенитного классов.
Борированию подвергают цилиндровые втулки буровых насосов, работающих в условиях абразивно-жидкостного износа, диски пяты турбобура из стали 45, штоки буровых насосов и др.
Независимо РѕС‚ метода диффузионного борирования ( твердого, электролизного, газового или вакуумного) условный предел РєРѕСЂСЂРѕР·РёРѕРЅРЅРѕР№ усталости среднеуглеродистой стали увеличивается примерно РІРґРІРѕРµ РїСЂРё толщине диффузионного слоя 0 1 — 0 2 РјРј. [14]
В настоящее время наиболее полно изучены процессы электролизного и жидкостного борирования сталей [110, 111], однако в силу ряда недостатков, присущих этим способам, они все же не нашли пока широкого промышленного применения. [15]
Страницы: 1 2 3
Источник: https://www.ngpedia.ru/id342458p1.html
Цианирование
Цианирование в сталелитейном производстве — процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали одновременно углеродом и азотом при температурах 820-950° C в расплаве цианида натрия или других солей с тем же анионом.
Применение
Цианирование применяют для повышения износостойкости и коррозионостойкости деталей. Процесс цианирования по сравнению с процессомцементации требует гораздо меньше времени для получения слоя заданной толщины, характеризуется значительно меньшими деформациями и короблением деталей сложной формы.
Борирование — процесс химико-термической обработки, диффузионного насыщения поверхности металлов и сплавов бором при нагреве и выдержке в химически активной среде. Борирование приводит к упрочнению поверхности.
Борирование проводят преимущественно с целью повышенияизносостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания, фреттинг-коррозии и т.п.). Борирование повышает также коррозийную стойкость железо-углеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкость при температурах ниже 850 °C и жаростойка до 800 °С.
Борирование можно проводить всеми известными методами и способами. Промышленное применение получили: борирование в порошковых смесях, электролизное борирование, жидкостное безэлектролизное борирование, ионное борирование [1] и борирование из обмазок (паст) [2].
Борирование чаще всего проводят при электролизе расплавленной буры(Na2B4O7). Изделие служит катодом. Температура насыщения 930—950 °C, выдержка 2 — 6 часов.
Борирование можно проводить при отливке деталей. В этом случае на поверхность литейной формы наносится слой специальной борсодержащей массы (пасты). При использовании выжигаемых моделей из пенопластов борсодержащая паста наносится на поверхность модели. Способ отличается производительностью и простотой.
Борирование применяют для повышения износостойкости втулок подшипников и рабочих колес погружных электроцентробежных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм машин литья под давлением и деталей из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода (20, 18ХГТ, 15X11МФ, Х23Н18, 45, 40Х, Х12, У10 и др.). Стойкость деталей после борирования увеличивается в 2 — 10 раз. Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °C окалиностойкостью и теплостойкостью до 900-950 °C. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000-20 000 МПа.
Силицирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950—1100 °C) насыщении поверхности сталикремнием. Силицирование придаёт стали высокую коррозионную стойкость в морской воде, в азотной, серной и соляной кислотах и несколько увеличивает стойкость против износа.
Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом. Силицированный слой отличается повышенной пористостью толщина его 300—1000 мкм.
Несмотря на низкую твёрдость 200—300 HV, силицированный слой обладает высокой износостойкостью после пропитки маслом при температурах 170—200 °C.
Силицированию подвергают детали, используемые в оборудовании химической, бумажной и нефтяной промышленности (валики насосов,трубопроводы, арматура, гайки, болты и т. д.).
Силицирование широко применяют для повышения сопротивления окислению при высоких температурах сплавов молибдена. Так же силицированию подвергают детали из карбида кремния (SiC).
Пример: электрические нагреватели из карбида кремния, подшипники скольжения для нефтяной и химической промышленности, конструкционные детали и др.
50. Диффузионное насыщение металлами — поверхностное насыщение стали алюминием, хромом, цинком, кремнием и другими элементами. Один из методов упрочнения материалов.
- Изделия, обогащённые этими элементами, приобретают ценные свойства, к числу которых относятся высокая жаростойкость, коррозионная стойкость, повышенная износостойкость и твёрдость.
- Методы насыщения
- Твёрдая диффузионная металлизация
Металлизатором является ферросплав с добавлением хлористого аммония (NH4Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или Cl2 образуются летучие соединения хлора с металлом (AlCl3, CrCl2, SiCl4 и так далее), которое в результате контакта с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.
- Жидкая диффузионная металлизация
- Данный вид металлизации проводят погружением детали в расплавленный металл, если диффундирующий металл имеет низкую температуру плавления.
- Газовая диффузионная металлизация
Проводят в газовых средах, состоящих из галогенных соединений диффундирующего элемента. Газовая диффузионная металлизация осуществляется в муфельных печах или в печах специальной конструкции при 700.
..1000 °С. Газовая фаза может генерироваться на расстоянии от поверхности насыщения (бесконтактный способ), или же в зоне контакта источника активной фазы с поверхностью металла (контактный способ).
Виды диффузионного насыщения металлами
Наиболее распространёнными видами диффузионного насыщения металлами являются:
- · алюминирование (насыщение алюминием), используется для деталей, работающих при высоких температурах;
- · диффузионное хромирование (насыщение хромом) используют для деталей и полуфабрикатов из стали, сплавов на основе никеля, молибдена, ниобия, меди и других элементов;
- · борирование (насыщение бором), обеспечивает высокую твёрдость (1800…2000 HV), износостойкость и стойкость против коррозии в разных средах;
- · силицирование (насыщение кремнием);
- · бериллизация (насыщение бериллием), обеспечивает для сталей повышение твёрдости, жаростойкости при 800-1100 °С и коррозионной стойкости.
Достоинства диффузионного насыщения
Поверхность диффузионно-металлизированной детали обладает высокойжаростойкостью, поэтому жаростойкие изделия изготавливают из простых углеродистых сталей с последующим алитированием, хромированием исилицированием.
Исключительно высокой твёрдостью (до HV 2000) и высоким сопротивлением абразивному износу обладают борированныеслои, вследствие образования на поверхности высокотвёрдых боридов железа — FeB и Fe2B; однако борированные слои очень хрупкие.
Сульфидирование — поверхностное насыщение стали серой. Для режущего инструмента стойкость повышается в 2-3 раза.
Недостатки диффузионного насыщения металлов
Диффузия хрома, алюминия и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы — растворы замещения. При одинаковых температурных и временных условиях диффузионные слои при металлизации в десятки, а то и в сотни раз более тонкие, чем при цементации.
Такая малая скорость диффузии препятствует широкому распространению процессов диффузионного насыщения в промышленности, так как процесс является дорогостоящим, и его проводят при высоких температурах (1000-1200 °C) длительное время.
Только особые свойства слоя и возможность экономии легирующих элементов при использовании процессов диффузионной металлизации обусловили некоторое их применение в промышленности.
Источник: https://vuzlit.ru/41769/tsianirovanie
Загрузка...
