Борирование стали

МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙМАШИНОСТРОЕНИЕ УНИВЕРСИТТ

                      《МАМИ》

 

       КАФЕДРА: Технология конструкционных материалов

                         

      

                Реферат на тему:

                 《Борирование стали》

 

 

   

 

 

                                  

 

 

 Студентка : Цимейлин

 Грууппа :5-Эфмн-9

                                       Проверип.к.и.н.доценг: Хомякова Н.В.

 

 

 

                       

 

МОСКВА 2013

 

 

Содержание

 

 

Борирование сталей и сплавов………………………………..….3

Классификация методов борирования………………………..….3

1.Борирование  в порошках в герметизируемых  контейнерах.…3

2. Газовое  борирование……………………………………..….….4

3. Электролизное  борирование…………………………..….……5

4. Жидкостное (безэлектролизное) борирование…………….….5

5. Борирование  в обмазках (из паст)……………………...…..….6

Марки сплавов. Свойства сплавов…………………..……..….…7

Список  литературы……………………………………….………20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Борирование сталей и сплавов

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 повышения  износостойкости (в условиях сухого трения, скольжения со смазкой и без смазки, абразивного изнашивания, фреттинг-коррозии). Борирование повышает также коррозийную стойкость железоуглеродистых сплавов во многих агрессивных средах и жаростойкость при температурах ниже 850 С⁰.

Борирование можно проводить всеми известными методами и способами. Промышленное применение получили: борирование в порошковых смесях, электролизное борирование, жидкостное безэлектролизное борирование, ионное борирование и борирование из обмазок (паст).

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 боросодержащей массы (пасты). При использовании выжигаемых моделей из пенопластов боросодержащая паста наносится на поверхность модели. Способ отличается производительностью и простотой.

Борирование применяют  для повышения износостойкости  втулок грязевых нефтяных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин литья под давлением. 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.

Классификация методов борирования

1.Борирование  в порошках в герметизируемых  контейнерах

В качестве насыщающих сред при этом способе борирования можно использовать порошки аморфного и кристаллического бора, карбида бора, ферробора, боридов переходных металлов. С целью предотвращения спекания порошков в них часто вводят инертные добавки (А1203, MgO) в количестве от 20 до 60% , а для ускорения процесса - активаторы (NaF, A1F3, KBF4 и др.) в количестве 1-5% от массы смеси.

Из известных  смесей для борирования в порошках предпочтение следует отдать следующим  смесям на основе карбида бора:

1) 100 % В4С; 2) 98,5...98 % В4С + 1,5...2,0 %A1F3.

Перед использованием компоненты порошковых смесей подсушивают, измельчают, просеивают, дозируют в  необходимых количествах и смешивают. Карбид бора передтупотреблением рекомендуется  прокаливать при температуре 350-400°С в течение 1,5-2 ч. Отработанные смеси регенерируются путем добавления 20-30% свежей смеси. Температура формирования плавкого затвора должна находиться в пределах 500-700°С.

Насыщение проводят при температуре 900-1000°С в течение 2-6 ч. Длительность выдержки выбирают исходя из требуемой толщины боридного слоя. Как показывает опыт, для подавляющего большинства изделий боридный слой толщиной 80-150 мкм оказывается вполне достаточным. Длительность прогрева тигля устанавливается из расчета 30 мин на 100 мм сечения тигля.

После истечения времени выдержки контейнеры выгружают из печи, охлаждают на воздухе и распаковывают. С целью устранения припекания смеси к поверхности деталей рекомендуется их извлекать из контейнера при температуре не ниже 80°С.

2. Газовое борирование

Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора: диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), трехбромистого бора бора (ВВr3), триметил [(СН3)3В] и других веществ.

В технологическом  отношении процесс газового борирования подобен процессам газовой цементации или азотирования. Борируемые детали собирают, как правило, на специальных приспособлениях и загружают в реакционную камеру, нагретую до заданой температуры, после чего реактор герметизируя установку продувают (3-5мин) инертным газе и создают избыточное давление (200-400 мм. рт. ст.). После достижения указанного давления через инжекторный смеситель в реактор подают борсодержащий газ. Наиболее часто для борирования применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, очищеным азотом или аммиаком. Наибольшая скорость процесса наблюдается при использовании смесей В2Н6 и ВС13 с водородом. Соотношение диборана и

водорода должно быть в пределах 1/25-1/225, а треххлористого бора и водорода - 1/15-1/20[5]. Замена водорода азотом или аммиаком уменьшает скорость процесса, но уменьшает и его взрывоопасность, поэтому такую замену следует считать целесообразной.

Насыщение прoводят  при температурах 800-850°С. Время выдержки варьируется от 2 до 6 ч. Существенное влияние на результаты борирования оказывает скорость газового потока. Для каждой установки она подбирается индивидуально. При рекомендованных режимах борирования на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 50-200 мкм. По окончании процесса борирования подачу борсодержащего газа прекращают, а газ-разбавитель пропускают через установку еще 5-10 мин. По истечении указанного времени давление в реакторе уменьшают до атмосферного, прекращают подачу инертного газа, разгерметизируют установку и извлекают борированные детали.

3. Электролизное  борирование

Электролизное борирование проводят на специальных  установках, основными составными частями  которых являются печь-ванна с  металлическим тиглем, система питания  постоянным током, система автоматического контроля и регулирования температуры.

Подготовленные  к насыщению детали монтируют  па специальных приспособлениях  и подключают в цепь электролиза  в качестве катода. Анодами служат графитовые (реже силитовые) стержни. Перед  началом процесса детали прогревают в электролите 10-30 мин, затем включают ток электролиза, величина которого устанавливается из расчета 1 * 103...2 *103 А/м2 борируемых деталей и приспособления, и ток защиты тигля 1 * 102...2 * 102 А/м2 поверхности тигля, находящейся в расплаве[3]. Режим процесса электролизного борирования выбирают в зависимости от требуемой толщины слоя.

Электролизное борирование применяется преимущественно  в массовом производстве при обработке  однотипных изделий.

4. Жидкостное (безэлектролизное) борирование

Жидкостное (безэлектролизное) борирование можно проводить  в любых печах-ваннах, обеспечивающих получение требуемой температуры. Обычно для этих целей применяют  те же печи, что и для электролизного борирования. В качестве насыщающих сред используют расплавы на основе боратов щелочных металлов (преимущественно Na2B407), в которые добавляют электрохимические восстановители: химически активные элементы (Al, Si, Ti, Са, Мn, В и др.) или ферросплавы, лигатуры и химические соединения на их основе - ферромарганец (ФМн95), силикомарганец (СМн17), силикоциркоиий (СиЦр50), карбид бора (В4С), карбид кремния (SiC), силикокальций (СК25). Указанные вещества вводят в расплав в виде порошка с размером частиц 0,05-0,6 мм (в зависимости от природы и удельной массы восстановителя).

Оптимальное содержание восстановителя в расплаве колеблется от 20 до 40% по массе.

Для получения  двухфазных (FeB + Fe2B) слоев можно рекомендовать  следующие расплавы: 1) 60-70 % Na2B407 + 40-30 % В4С; 2) 80 % Na2B407 + 20 % СК25, а для получения  однофазных (Fe2B) слоев: 1) 70 % Na2B407 + 30 % SiC; 2) 70 % Na2B407 + 30 % СМн17.

Наиболее рационально  применение данного способа борирования  в мелкосерийном и серийном производствах.

5. Борирование  в обмазках (из паст)

Борирование в  обмазках (из паст) целесообразно применять при упрочнении крупногабаритных изделий, а также при необходимости местного борирования. Развитие этого направления в борировании стимулируется также возможностью совмещения борирования с применяемыми на предприятиях режимами термической обработки упрочняемых деталей.

Технология  процесса борирования из паст предусматривает  выполнение следующих операций: приготовление  обмазки, подготовка упрочняемой поверхности  к насыщению, нанесение и сушка  обмазки, борирование деталей по заданному режиму, охлаждение и очистка деталей от пасты. Основные компоненты пасты тщательно смешивают в специальных смесителях и разбавляют связующим до требуемой консистенции. В качестве связующих используют гидролизоваиный этилсиликат, жидкое стекло, сульфитно-спиртовую барду, декстриновый клей и т. д. Консистенция пасты определяется в основном выбранной технологией ее нанесения на детали: пульверизацией, окунанием, кистью.

После завершения режима насыщения детали охлаждают  на воздухе или подвергают непосредственной закалке.

Марки сплавов. Свойства сплавов

Алюминий  и сплавы Лист - 1105АМ, 1105АН, 1561Б, 1561БМ, А0М, А0Н2П, А5, А5М,А5Н, А5Н2, А5Н2П, А7м, АД0М, АД0Н, АД1М, АД1Мп, АД1Н, АД1Н2, АДМ,АДН, АДН2, АК4-1, АМг2М, АМг2Н, АМг2Н2, АМг2НР, АМг3, АМг3М, АМг3Н2,АМг5, АМг5БМ, АМг5М, АМг6, АМг6Б, АМг6БМ, АМг6М, АМц, АМцМ, АМцН,АМцН2, ВД1АТ, Д16АМ, Д16АТ, Д16чАТ, Д16чАТВ, Д19А, Д19АМ, Д19АТ,Д19чАТ, Д19чАТВ, Д1АТ, Д1Т. Плита - 1561Б, А5, АД0, АД1, АК4-1, АК4-1чт, АМг2, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6Б, АМц, В95, Д16, Д16АТ, Д16Б, Д16БТ, Д20. Пруток - 1915, АВПП, АД1, АД33Т1, АК4-1, АК6, АК6ПП, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6М, АМц, АМцС, В95, В95Т1, Д1, Д16, Д16ПП, Д16Т,Д16ТП, Д16Ткв, Д19Т, Д1ПП, Д1Т, Д20, Д20Т1, Д20Т1п, САП-2. Профиль - 1561, 1561М, АД31, АД31Т, АД31Т1, АМг2, АМг5,АМг6, АМц, Д16, Д16Т, Д16ЧТ, Д16ЧТПП, Д19ЧТ, Д19ЧТПП, Д20Т1. Проволока - АД, АД1, АД1М, АД1Н, АДМ, АДН, АК5Н, АМг3,АМг3Н, АМг5П, АМг5ПН, АМг6, АМг6М, АМц, АМцМ, В48, В65, Д16П, Д18,Д18П, Д19П, Д1П, Катанка, СвА85Т, СвАК5, СвАК5Н, СвАМг3, СвАМг3Н,СвАМг5, СвАМг6, СвАМг6М, СвАМг6Н, СвАМц, СвАМцМ, СвАМцН. Лента - А6Н, АМг6М. Латунь и сплавы Пруток - Л63, Л63 ПР, Л63ПТ, ЛС59-1ПР, ЛС59-1ПТ, ЛС59-1Т. Плита - Л63Г/К, ЛС59, ЛС59-1. Лента - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68М, Л68ПТ. Лист - Л63М, Л63Т, Л63ПТ, ЛС59-1Т. Проволока - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, ЛС59-1Т. Труба - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68П, Л68ПТ, ЛО 70-1, ЛС59-1Т. Cетка - Л80. Сырьё - ЛК. Бронза и сплавыОтливка - БРАЖ 9-4, БРОЦС 555. Пруток - БРАЖ 9-4, БРАЖМЦ, БРАМЦ 9-2, БРБ2, БРОФ, БРОЦС555. Сырьё - БРАЖ10-3, БРОЦ10-2, БРОЦС 555. Лента - БРБ2М, БРБ2Т, БРКМЦ, БРОФ. Лист - БРХЦРТ. Поковка - БРАЖ 9-4. Труба - БРАЖМЦ10-3-1. Медь и сплавы Плита - М1, М1ГК, М1М. Пруток - М1, М1М, М1Т, М2М, М2ПР, М2Т, М3Т. Анод - АМФ, М1. Катод - М0К, МООК. Труба - М1М, М2М, М2Т, М3М. Проволока - М1М, ММ. Лента - M1M. Лист - М1М, М1Т. Сырьё - МФ 10.

Свойства металлов и сплавов полностью определяются их структурой (кристаллической структурой фаз и микроструктурой). Макроскопические свойства сплавов определяются микроструктурой  и всегда отличаются от свойств их фаз, которые зависят только от кристаллической структуры. Макроскопическая однородность многофазных (гетерогенных) сплавов достигается за счёт равномерного распределения фаз в металлической матрице. Сплавы проявляют металлические свойства, например: электропроводность и теплопроводность, отражательную способность (металлический блеск) и пластичность. Важнейшей характеристикой сплавов является свариваемость.

При охлаждении сплавов твердые растворы могут  распадаться (эвтектоидный распад). Продуктом  такого распада аустенита при температуре 723° С и содержании углерода 0,83% является, например, перлит. Он представляет собой смесь феррита и цементита. В процессе кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуется также ледебурит -- эвтектическая смесь аустенита и цементита. В результате распада аустенита в интервале температур 250--450°С кристаллизуется бейнит -- высокодисперсная смесь феррита и карбида железа.

Фазовые превращения  в процессе кристаллизации сплавов -- основное явление, используемое для  изменения их структуры и свойств. Многообразие свойств сталей в решающей степени определяется превращениями аустенита. В настоящее время используют стали со структурой феррита, фер/па с перлитом, бейнита и мартенсита.

Выбор сталей для  строительных конструкций базируется в основном на оценке четырех основных характеристик: предела текучести стг, предела прочности при растяжении временного сопротивления, относительного удлинения 6 и ударной вязкости при отрицательной температуре. Все стали так же, как и другие сплавы для металлических конструкций, по уровню основных механических свойств, определенных при испытаниях на растяжение, принято делить на классы прочности.

С увеличением  содержания углерода в стали увеличивается  количество хрупкого и твердого цементита, увеличивается (при С<1%) предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение.

Стали для металлических  конструкций свариваются достаточно хорошо, если содержание углерода в  них не превышает 0,17--0,18%, а суммарное  содержание легирующих элементов равно  не более 4-- 5%.

Применяемые в  строительстве низколегированные  стали (с содержанием легирующих элементов до 3%) обладают значительно  более высоким пределом текучести, меньшей чувствительностью к  старению и склонностью к хладноломкости, чем обычные углеродистые стали. К специальным легированным сталям относятся жаростойкие, коррозионно-стойкие, износостойкие и магнитные стали.