Способ местного борирования стальныхдеталей и coctab для его осуществления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(51)М К 3 с присоединением заявим Мо С 23 С 9/00 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ф.В. Долманов и С.А. Исаков огилевский технологический ин 71 Заявитель(54) СПОСОБ МЕСТНОГО БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ И СОСТАВ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИ 0 20 соб местногозаключающийсятываемую потолщиной 1,550-55 карбидаа (или 84ры) со связу"4, нагреве вестен также сп ования иэ паст, есенин на обраб ость слоя пастысостоящей из и 45-50 криоли ида бора и:16 б на основе клея Б бори в на 25 2,0 ммборакарбщим ЭО Изобретение относится к области машиностроения. Способ может быть использован при химико-термической. обработке стальных деталей для уг: - рочнения их рабочих поверхностей.Известен способ упрочнения поверхностей стальных деталей путем борирования из паст или обмазок с печным нагревом в воздушной среде, в соляных ваннах или с использованием ТВЧ Щ .Недостатками известного способа являются длительность процесса, значительные энергозатраты при исполь-, зовании электропечей, высокая трудоемкость и большой расход материалов, так как пасты и обмазки наносят вручную слоем большой толщины и после борирования необходима отмывка деталей от остатков пасты, что приводит к загрязнению сточных вод. и выдержке детали в,печи в воздушной атмосфере при 900-1050 С Г 2)Нагрев и длительная выдержка деталей в электропечах обусловливает большие энергозатраты при реализации такого способа и необходимость защиты детали от окисления. Последующая отмывка деталей кипячением от остатков пасты приводит к дополнительным трудозатратам и загрязнению сточных вод токсичными отходами. Состав пасты обусловливает ручную операцию нанесения ее, возможность обработки деталей только простой конфигурации, отсутствие контроляФ за толщиной и сплошностью нанесенного слоя. Поэтому известный способ характеризуют низкая технологичность и большой расход борсодержащих веществ.Целью изобретения является ускорение процесса обработки, повышение технологичности и экономии борсодержащих веществ.Цель достигается тем, что по способу местного борирования стальных деталей, включающему нанесение борсодержащего покрытия, нагрев и выдержку детали в воздушной атмосфере, нанесение борсодержащего покрытия836202 проводят электрофоретическим осаждением на обрабатываемую поверхность слоя аморфного бора толщиной 0,1- 0,3 мм, нагрев и выдержку детали производят в тлеющем разряде при остаточном давлении воздуха 5-20мм рт.ст., напряжении 300-400 В и плотности тока 0,02-0,03 А/смДля качественного электрофорети 1 ческого осаждения применяется суспензия из аморфного бора и этилового спирта с содержанием компонентовБор аморфный, г 200-400 Спирт этиловый, л Остальноедо 1. Отличие нагрева деталей в тлеющем разряде от нагрева в печах зак( лючается в ускорении диффузионных процессов, снижении энергозатрат вследствие высокого КПД нагрева, снижении трудозатрат, поскольку обработанная деталь не требует отмывки, так как нанесенный слой бора частично распыляется по механизму катодного распыления и испарения. Остаточное давление в вакуумной камере 5-20 мм рт, ст обеспечивает горение тлеющего разряда при напряжении на электродах 300-400 В и плотности. тока 0,02-0,03 А/см, что приводит к нагреву детали до 700- 900 С в течение 0,2-1,0 мин. Быст.рый нагрев детали в разряженной воздушной атмосфере не требует защиты от окисления.Электрофоретическое осаждение бора на обрабатываемую поверхность детали обеспечиЬает плотное и равномерное покрытие на поверхности любой конфигурации. Толщина покрытия Таблица 1 Толщина Качество покрытия покрытия,Содержание бора в суспензии,г/л Время осаждения, мин Равномерное по толщине и оплошности 200 1 0,03-0,06 0,08-0,120,15-0,30,1-0,120,15-0,20,3-0,4 3 5 1 2 3 300 Сплошное, равномерное 10 с 0,35-0,5 20 с 0,6-0,8 400 Неравномерное по толщине и сплош- ности 40 с 0,9-1,4 Как видно из таблицы, электрофоретическое осаждение при концентрации бора в суспензии 200 г/л требует значительного, времени для полурегулируется временем осаждения,Электрофорез позволяет экономитьборсодержащие вещества, так каксуспензия используется многократно,а осаждение бора слоем 0,1-0,3 ммтребует минимального его расхода.Наиболее качественное электрофоретическое покрытие получается в суспензии аморфного бора и этилового спирта укаэанного состава, При содержании бора в суспензии менее 200 г/л10электрофоретическое осаждение непроисходит вследствие низкой концентрации ионов проводимОсти. Концентрация бора свыше 400 г/л приводит к образованию рыхлыхплохо свя 15 занных с поверхностью детали покрытий,Процесс местного борирования попредлагаемому способу проводят вследующей последовательности. Деталь20 помещают в суспензию указанного состава и включают в электрическую цепьв качестве катода. Производят осаждение бора до получения слоя толщиной 0,1-0,3 мм. Затем деталь помещают в вакуумную камеру. При остаточном давлении воздуха 5-20мм рт. ст. зажигают тлеющий разряд.По предлагаемому способу подвергали борированию.образцы из сталей45, У 8, 5 ХНМ, Ф 20 мм и высотой10 мм. Электрофоретическое нанесениебора на торцовую поверхность образцов проиэводили при напряжении 40 В.В качестве анода использовали графитовый стержень. Толщина нанесенногопокрытия контролировалась на горизонтальном .оптиметре.Результаты электрофоретическогонанесения приведены в табл. 1. чения покрытия необходимой толщины, При концентрации бора 400 г/л высокая скорость осаждения обусловлива ет неравномерность по толщине и836202 сплошности. Оптимальным является состав суспензии с 300 г"бора на литр суспензииЗатем образцы нагревали в течение 30 с в тлеющем разряде при остаточном давлении воздуха 15 мм рт.ст. напряжении горения 350 В и плотности тока 0,025 А/см , время выдержки 20 мин. Т а б л и ц а 2 Чистотаповерх,ности Образец,стальТолщина диффузионного слоя, мкм Борирование в тлеющем разряде со слоЪмаморфного бора 45 толщиной У 8 80 Чистая50 0,2 мм 70 5 ХНМ при печном нагреве из пастысостава 50 70 50 На поверхности остатки пасты 45 карбида бора и У 8 50 криолита 5 ХНМ 65 формула изобретения 200-400 До 1. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Р 250637, кл. С 23 С 9/00, 1968,2. "Металловедение и термическая обработка металловф, Р 7, 1976,60 с, 21-23 (прототип), ВНИИПИ Заказ 2843/15 Тираж 1048 Подписное Филиал ППП фПатент", г. ужгород, ул. Проектная,4 При напряжении свыше 400 В и остаточном давлении 20 мм рт.ст, происходит оплавление острых кромок. Снижение давления до 5 мм.рт.ст. и напряжения ниже 300 В увеличивает время нагрева до температуры насыСоизмеримая толщина диффузионного слоя, полученная известным способом, достигалась при времени выдерйки, превышающей в 3 раза время борирования в тлеющем разряде. 1, Способ местного борирования стальных деталей, включающий нанесение борсодержащего слоя, нагрев и выдержку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения процесса обработки, повышения технологичности и экономии насыщающих веществ, борсодержащий слой наносят электрофоретическим осаждением толщиной 0,1-0,3 мм, а нагрев и выдержку производят в тлеющем разряде при остаточном давлении 5-20 мм рт.ст.,щения, что уменьшает толщину диффузионного слоя.Для получения сравнительных результатов подвергали борированию образцы из тех же сталей с нанесением слоя пасты состава 50 карбида бора и 50 криолита в условиях печного нагрева в течение 1 мин, время выдержки 1 ч. При насыщении из. пасты по известному способу все об-. разцы очищались от остатков пасты длительным кипячением в водеТемпература борирования в обоих случаях 900 С.Сравнительные результаты борирования приведены в табл. 2. напряжении 300-4.00 В и плотноститока 0,02-0,03 А/см 2.2Состав для борирования, включающий насыщающий элемент, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюускорения процесса насыщения и повышения технологичности, насыщающийэлемент используют в виде суспензиииэ аморфного бора и этилового спиртапри следующем Соотношении компонентов:Аморфный бор, гЭтиловый спирт, л