Способ электролизного борирования стальных изделий

(19) (11) 245 23 С 800 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР ОМИТЕТ ОТКРЫТ ЗОБ ТЕН Бодрик Г.Письм РИРО(54) СП ВАНИЯ (57) Из в частн ке стал таллургии й обработ процессам ссопереОПИСАНИ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельство СССРМ 1046340, кл. С 23 С 8/70, 1983.Авторское свидетельство СССРМ 765397, кл, С 23 С 8/70, 1980. СОБ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГОСТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙбретение относится к мести к химико-термическоных изделий, а именно к Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к процессам электролизного борирования, и может быть использовано в машиностроении, ремонтных службах и инструментальном производстве предприятий других отраслей для повышения износостойкости стальных изделий.Цель- повышение скорости насыщения и снижение расхода электроэнергии на процесс борирования.Способ электролизного борирования включает нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередование стадий электролиза при плотности тока, обеспечивающей формирование слоя, и безэлектролизной выдержки в расплаве,электролизного борирования, и может быть использовано в машиностроении, ремонтных службах и инструментальном производстве предприятий других отраслей для повышения износостойкости стальных изделий, Цель изобретения - повышение ско. рости насыщения и снижение расхода электроэнергии на процесс борирования, Способ включает нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередование стадий электролиза при плотности тока, обеспечивающей формирование слоя, и безэлектролизной выдержки в расплаве. Процесс электролиза осуществляют импульсным током с длительностью импульса 10 - 10 с при коэффициенте заполнения-5 -б10 - 10 . При этом сокращается общая длительность процесса и расход электроэнергии в 1,7 раза. Скорость насыщения увеличивается в 1,85 раза. 1 ил., 3 табл. при этом процесс электролиза осуществляют импульсным током с длительностью импульса 10 - 10 с при коэффициенте заполнения 10 -10 ..1 -2Поскольку наиболее высокой работоспособностью обладают однофазные боридные слои, состоящие из борида Ре 2 В, то для получения высококачественного боридного слоя с повышенной работоспособностью необходим не только градиент концентрации бора, но и создание таких условий электропереноса, когда бор, находящийся в расплаве, в максимальной степени успевает диффундировать в материал с образованием только борида низшей концентрации Ре 2 В.Проведенные теоретические исследования, основанные на сравнении манова бора электрическим полем из расплава к упрочняемой поверхности и от поверхности за счет диффузии бора в сталь, показывают, что процесс электролизного борирования должен осуществляться в импульсном режиме и равновесие возможно при длительности импульса тока электролиза от 10 до 10, после чего необходимо делать продолжительную безэлектролизную выдержку, на 1 - 3 порядка превышающую длительность стадии электролиза. Зная продолжительность импульса и время безэлектролизной выдержки, легко определить частоту следования импульсов и коэффициент заполнения,Экспериментальная проверка значений выбранных параметров показывает следующее. Обрабатывают стальные образцы высотой 35 мм и диаметром 15 мм. Температура расплава составляет 900+10 С, плотность тока 0,25 А/см . Образцы насыщаются бором в расплаве буры чередованием стадий электролиза в безэлектролизной изотермической выдержки, Продолжительность импульса при электро.злизе задают в интервале 10 - 10 с с частотой от 10 до 10 Гц, что обеспечивает продолжительность безэлектролизной выдержки между импульсами в интервале 10 -10 с,-1 -5 Параллельно обрабатывают стальные образцы по известному способу. Все образцы подвергают металлографическому анализу для измерения толщины боридного покрытия и оценки его качества.Коэффициент заполнения К связывает период Т повторения импульса с его длительностью тиКоэффициент заполнения К определяют по формулеК= - или К=ти 1,ТиТгде 1 - частота следования импульсов.Скорость насыщения стали бором находят из соотношенияНЧи = - мкм/мин,7где Н - толщина боридного слоя, мкм;1 - продолжительность процесса, мин, Результаты представлены в табл.1 и 2 и на чертеже.На чертеже видно, что при длительности импульсов хи = 10 - 10 с и коэффициенте заполнения К = 10 -10 скорость1 -бнасыщения в 1,85 раза выше, чем в известном способе, При снижении или повышении значений указанных параметров скорость насыщения находится на уровне известного способа (0.65 мкм/мин,),Диффузионные слои состоят из фазыРегВ и характеризуются повышенной плотностью за счет снижения количества пор,Сокращение продолжительности стадии5 электролиза приводит к снижению энергоемкости.Процесс импульсного электролизногоборирования осуществляется автоматически без вмешательства человека.10 П р и м е р, Борируют две партии образцов,Первая партия - по известному способуза 4 цикла с режимами:Длительность стадии электролиза, мин15 (в каждом цикле) 1Плотность тока, А/см 0,25Длительность стадии выдержки, мин:1 цикл 152 цикл 3020 3 цикл 454 цикл 60Общая длительность процесса, мин 154Вторая партия - по предлагаемому способу с режимами:25 Длительность импульса ти,с 10-бКоэффициент заполнения, КЗх 10Плотность тока, А/смг0,25Общая длительность процесса, мин 8030 При одинаковых по толщине боридныхслоях на первой партии получена скоростьнасыщения Чи = 0,65 мкм/мин, на второйпартии Чи = 1,2 мкм/мин, т.е. почти в 2 разавыше (см.табл,З).35 Суммарная длительность стадий электролиза у первой партии равна 1 х 4=4 мин, увторой партии - 80 хЗх 10 = 2,4 мин.-гЗа две смены по известному способу наодной печи можно упрочнить 5 загрузок де 40 талей, При этом суммарный расход электроэнергии на электролиз составляет 0,3 кВт/ч.Расход электроэнергии на 5 загрузокдеталей по данному способу равен 0,18кВт/ч, Производительность оборудования45 повышается с 5 до 8 загрузок деталей за двесмены.Как видно из приведенных результатов,предлагаемый способ импульсного борирования в указанном интервале режимов50 обеспечивает по сравнению с известнымспособом увеличение скорости насыщенияв 1.85 раза и снижение энергоемкости в 1,7раза,Формула изобретения55 Способ электролизного борированиястальных изделий, включающий нагрев вборсодержащем расплаве до температурынасыщения, чередование стадии электролиза при плотности тока, обеспечивающей1661245 формирование боридного слоя, и стадии выдержки в расплаве с отключением тока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения скорости насыщения и снижения расхода электроэнергии., на стадии электролиза используют импульсный ток с длительностью импульса т= 10 - 10 с и-5 -6 коэффициентом заполнения К=10 -10 Таблица 1 Зависимость скорости насыщения от длительности импульсов Скорость насы ения Чн мкм/мин 1,Гц Хи,с фактическая средняя по ежим, мкм/мин Ско ость Эффективность про- цесса К средняя по режиму,65 0,9 ,95 0,9 0,5 0,7 0,7 0,5 тн 5 Диффузионный слой содержит до 30% фазы Ре 84, значительное колво по Зависимость скорости насыщения от коэффициента заполнения средняя при оптимальных значениях х;= 10-106 с Выше уровня прототипа на 60- 85% - наивысшая То же Выше уровня прототипа на 45%-не- остаточная На урове прототипа -низкая Выше уровня прототи па на 25%-не достаточ ная10 1661245 Таблица 3 Получение боридного слоя одинаковой толщины Параметр Способ известный предлагаемый Длительность стадии электролиза в каждом цикле( периоде), с Количество Циклов за обработку Суммарная длительность стадий электролиза за обработку,мин Продолжительность обработки,мин Скорость насыщения,мкм/мин Расхо элект оэне гии на 5 заг зок,кВт/чСоставитель Н.Сунк Техред М.Моргентал М.Стрельнико орректор М.Демчи ед роизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 1 Заказ 2099 Тираж 570 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5