Таблица VIII.24

Состав ванн и режимы высокотемпературного цианирования деталей из конструкционных сталей

160-200** С. Более глубокое цианирование (на глубину 1-2 мм) осуществляют в ваннах состава 2 и 3, содержащих хлористый барий. После глубокого цианирования детали охлаждают на воздухе, а затем подвергают закалке и низкому отпуску.

За счет высокотемпературного цианирования повышаются поверхностная твердость, износостойкость, предел выносливости при изгибе и контактная выносливость. Структура диффузионного слоя после цианирования такая же, как и после нитроцементации. С повышением температуры цианирования содержание азота в слое уменьшается, а содержание углерода увеличивается, и по своим свойствам цианированный слой приближается к цементованному.

К недостаткам высокотемпературного цианирования можно отнести сложность регулирования состава ванн, большие потери тепла, токсичность и высокую стоимость применяемых солей.

5. Борирование

Борирование - это процесс химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностных слоев изделий из металлов и сплавов бором при нагревании в соответствующей борсодержа-щей среде. Наиболее часто борирование применяют для повышения износостойкости изделий из металлов и сплавов. Для бориро-ванных слоев характерны высокая коррозионная стойкость в ряде агрессивных сред, повышенная окалиостойкость, сохранение высокой твердости при нагреве и т. д. Это позволяет использовать борированные изделия из сталей и сплавов в особо жестких условиях эксплуатации: трение скольжения без смазки, абразивное изнашивание, изнашивание в вакууме, при повышенных и высоких температурах, в агрессивных средах и т. д.

Борированию можно подвергать любые стали. Борированный слой имеет игольчатое строение и состоит из боридов FeB (на поверхности) и РегВ. Под слоем боридов располагается переходной слой, состоящий из а-раствора бора в железе. На легированных сталях под слоем сплошных боридов образуется зона а-раствора, боридов железа и легирующих элементов.

Необходимым условием формирования диффузионного слоя является наличие у насыщенной поверхности активного атомарного бора; кроме того, температура и длительность выдержки должны обеспечить протекание диффузии атомарного бора в стали с образованием химических соединений - боридов железа.

Способы и технология борирования

Борирование можно осуществлять различными методами. Их классификация представлена на рис, VIII. 13.

При борировании в твердых средах (в порошках) в качестве насыщающей среды можно использовать порошки различных борсодержащих веществ: аморфного бора, карбида бора, ферробора, ферроборала, ни-кельбора и их смеси. С целью предотвращения спекания порошков и их налипания на борируемые изделия к ним рекомендуется добавлять инертные добавки : оксиды алюминия, магния, измельченный шамот (в количестве от 20 до 60%). Для ускорения процесса борирования в насыщающую смесь следует вводить 1-5% NH4CI, KF, NaF, KBF4 и др. Процесс борирования в порошках можно проводить различными способами: в герметичных и негерметичных контейнерах, в вакууме, в защитных восстановительных атмосферах, в псевдоожиженном слое. При использовании герметично закрытых контейнеров их загружают в печи и нагревают до температуры порядка 950- 1050° С. Продолжительность выдержки за-

в порошках

Из обмазок

В порошке борного ангидрада (металлотерпи*/еский rtemod)

В порошках атмосферного бора,

его хтатках соединений и сплабов

В контейнерах с плавкими затворами

В кегерметизировакко/х контейнерах

В вакууме

На установках с защитными атмосферами

В псевдоотитенном слое борсоберн(ащих веществ

борирование

В жидких средах

В газово/х средах

В расплавах

В растворах электролитов с использованием злектролитш/еского нагрева

В расплавах оксидов

В расплавах солей

В нейтральнд/х расплавах с добавкой Ьорсодертащих веществ

В среде водороднь/х соединений бора (баранов)

В среде галоидных соединений бора

В среде алкилборнд/х соединении

В борсодертащих расплавах с добавкой восстановителя

В расплавах на основе солей (оксидов) бора

Шдкостное ( безэлектролизное)

Электролизное

Электролиз постоянным током

Электролиз реверсированным током

Рис VIII 13 Классификация методов борирования

висит от требуемой толщины боридного слоя и обычно составляет 3-8 ч- Достоинством этого способа является простота технологии процесса. К недостаткам следует отнести малую производительность процесса, высокую трудоемкость подготовительных работ (приготовления рабочих смесей и упаковки деталей в контейнере), низкую теплопроводность и гигроскопичность насыщающих смесей, необходимость их регенерации в случае многократного использования, высокую стоимость борсодержащих порошков.

10 1.1 1 2

Рис. VIII.14. Схема установки для газового борирования:

J - электрш1еская печь сопротивления; 2 -образцы (изделия); 3 -регулятор температуры; 4 - игольчатый вентиль; 5, 9 - баллоны с борсодер-жащим газом и газом-разбавителем; 5-ротаметр; 7 -- инжекторный смеситель; 8 - промежуточная емкость с водородным редуктором; 10 - ртутный манометр; 11 - реактор (муфель)

Это и определило крайне ограниченное про. мышленное применение процесса борирования в порошках.

Борирование в газовой среде, как и в порошках, имеет ограниченное распространение. Оно осуществляется за счет разложения газообразных соединений бора: дибо-рана ВгНб, треххлористого бора ВСЬ, трех-бромистого бора ВВгз и других веществ. Борсодержащие газы разбавляют водородом или аргоном. При температуре выше 500° С происходит диссоциация газов с об-

разованием водорода и атомарного бора. Бор, обладая при 850-900° С высокой активностью, при осаждении диффундирует в глубь металла, образуя бориды. Глубина слоя боридов обычно не превышает 0,1 мм. Существенными недостатками газового борирования являются следующие: применение токсичных взрывоопасных смесей, необходимость в специальном оборудовании, нестабильность слоев и неравномерность их по глубине, твердости и плотности. Схема уста-новки для газового борирования приведена на рис. Vni.14.

Жидкостное безэлектролизное борирование осуществляют в расплавах, содержащих буру с добавками ферроборала, карбида бора или других компонентов. В табл. Vni.25 приведены некоторые составы, применяемые для жидкостного борирования. Процесс обычно осуществляют в ваннах при температуре 850-960** С. Нестабильность расплава, неравномерный по толщине борированный слой, значительная продолжительность процесса для получения слоя глубиной 0,15 мм препятствуют внедрению этого способа в промышленное производство.

Наиболее распространено электролизное борирование. Его производят в расплавленной буре или в смеси буры с поваренной солью. Активные атомы бора при электролизном борировании образуются при пропускании через расплав буры постоянного тока. Насыщаемые бором детали подключают в цепь электролиза в качестве катода; анодом обычно служат графитовые (угольные) стержни.

Электролизное борирование осуществляют при температурах 900-980** С и плотности тока /=0,08-0,25 А/см2. Продолжительность выдержки при температуре процесса 2-5 ч; при этом обеспечивается получение слоя глубиной 0,16-0,28 мм, обладающего высокой твердостью, плотностью и износостойкостью.

В состав установки для электролизного борирования входят (рис. VII 1.15) печь-ванна, системы питания постоянным и переменным током и система автоматического контроля и регулирования температуры. Печи-ванны для электролизного борцрования изготавливают на базе существующих шахтных электрических печей, используемых для газовой цементации, или печей-ванн, применяемых для высокотемцературного жидко-

Та блица VIII.25

Составы, применяемые при жидкостном борировании