2020-01-15
726
Борирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при высокотемпературной выдержке в соответствующих насыщающих средах. Это один из наиболее эффективных и универсальных процессов химико-термической обработки. Борированию могут подвергаться стали перлитного, ферритного и аустенитного классов.
Борирование может осуществляться в твердых, жидких (электролизное и безэлектролизное борирование) и газообразных средах (табл. 4). При борировании в твердых средах, обрабатываемые детали помещаются в герметически закрываемые контейнеры, называемые боризаторами. Процесс твердофазного борирования, или борирования в порошковых средах, осуществляется в вакууме или водородных средах. Жидкофазное (безэлектролизное) борирование применяют только в случае обработки деталей сложной конфигурации, а электролизное, как более экономичное широко используется для широкого спектра изделий простых форм различного назначения. В качестве анода при электролизном борировании применяют графитовые стержни, напряжение постоянного тока в процессе борирования колеблется в пределах 6–24 В. Наиболее низкотемпературным процессом борирования является химико-термическая обработка деталей в газообразных средах, однако взрывоопасность и токсичность применяемых сред ограничивает возможности этого, безусловно прогрессивного, способа химико-термической обработки.
Борирование применяют для повышения износостойкости поверхностного слоя стального изделия, в частности, при повышенных температурах, повышения его твердости и износостойкости. Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °С окалиностойкостью и теплостойкостью до 900–950 °С. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000–20 000 МПа.
Углерод в процессе борирования оттесняется от поверхности стали и в насыщаемой зоне образуется зона сплошных боридов, химический состав форма и структура которых напрямую зависит от химического состава стали. Углерод и легирующие элементы уменьшают глубину насыщаемого слоя, чем выше их содержание, тем меньше глубина борирования.
Таблица 4. Составы сред и режимы борирования сталей
| Состав насыщающей среды | Режим борирования | Глубина слоя, мм
| |
| Т, °С | τ, ч | ||
| Борирование в твердых средах | |||
| B4C* + 2–4 % NH4Cl | 950–1050 | 3–6 | 0,15–0,30
|
| 80 % B4C + 16–18 % Al2O3 + 2–4 % NH4Cl | |||
| 79 % B4C + 16 % Na2B4O7 + 5 % KBF4 | |||
| Борирование в жидких средах | |||
| Электролизное борирование | |||
| 40 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 50 % B2O3 + 10 % NaCl | 950 | 2–3 | 0,15–0,3 |
| Расплавленная бура – Na2B4O7 | 900–950 | 2–4 | 0,15–0,3 |
| 70 % Na2B4O7 + 30 % Na2SO4 | 600 | 4–6 | 0,015–0,025 |
| Безэлектролизное борирование | |||
| 60 % расплавленная бура – Na2B4O7 + 40 % В4С | 100–1050 | 3–5 | 0,2–0,35 |
| Около 80 % Na2B4O7 + 15–17 % NaCl + 6–7 % порошка бора | 850 | 2–3 | 0,04–0,05 |
| 900–950 | 2–4 | 0,1–0,25 | |
| Борирование в газообразных средах | |||
| В2Н2, разбавленный водородом в соотношениях от 1: 25 до 1: 150 | 800–850 | 2–4 | 0,1–0,2 |
| BCl3 + H2 в соотношении 1:20 | 750–950 | 3–6 | 0,1–0,25 |
Примечание:
* Карбид бора используется в порошкообразном виде.
Углерод, вытесненный из поверхностного слоя, образует собственную зону повышенной концентрации, которая располагается непосредственно за слоем боридов. По ширине такая зона оказывается значительно шире боридной и ее размеры определяются наличием или отсутствием в стали карбидообразующих элементов. Карбидообразующие элементы, резко снижая скорость диффузии углерода, уменьшают ширину слоя с повышенным содержанием углерода, некарбидообразующие практически не оказывают влияние на ее размеры.
В ряде случаев выполняется многокомпонентное борирование, когда совместно с насыщением бором дополнительно производится насыщение поверхности детали другими элементами — хромом, алюминием, кремнием и т. д. такое насыщение производится для повышения коррозионной стойкости и износостойкости поверхностного слоя детали, однако, полученные результаты повышения стойкости не так велики, чтобы эти процессы нашли широкое распространение.
Силицирование — процесс химико-термической обработки, состоящий в высокотемпературном (950–1100 °С) насыщении поверхности стали кремнием. Силицирование повышает коррозионную стойкость стали в различных агрессивных средах — морской воде, растворах кислот, увеличивает окалиностойкость изделий до 800—1000 °С. В ряде случаев силицирование используется для придания детали антифрикционных свойств. Силицирование может производиться в газообразных и жидких средах как электролизным, так и безэлектролизным методом. Основные составы насыщающих сред и режимы силицирования по данным М. Ю. Лахнина приведены в табл. 5.
Таблица 5. Составы сред и режимы силицирования сталей
| Состав насыщающей среды | Режим силицирования | Глубина слоя, мм | |
| Т, °С | τ, ч | ||
| Силицирование в газообразных средах | |||
| 75 % феррокремния + 20 % Al2O3 + 5 % NH4Cl | 1100–1200 | 6–12 | 0,15–0,8 |
| SiCl4 + H2 или SiCl4 + N2 | 950 | 2–3 | 0,4–0,5 |
| SiH4 + H2 или SiH4 + Ar | 950 | 2–3 | 0,4–0,6 |
| Силицирование в жидких средах | |||
| Электролизное силицирование | |||
| Расплав Na2SiO3 или 95% Na2SiO3 + 5% NaF* | 1050 | 0,5–1,0 | 0,15–0,25 |
| Безэлектролизное силицирование | |||
| 35% Na2SiO3 + 15% SiC + 28% NaCl + 22% BaCl2 | 950–1100 | 2–10 | 0,1–0,3 |
Примечание:
* Плотность тока при электролизе от 2,5 до 3,0 кА/м2.
