Способ электролизного борирования стальных деталей

Авторы патента:

C23C9/10 - Покрытие металлических материалов; покрытие других материалов металлическим материалом (металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной металлизацией D06Q 1/04); химическая обработка поверхности; диффузионная обработка металлического материала; способы покрытия вакуумным испарением, распылением, ионным внедрением или химическим осаждением паров вообще (для специфических целей см. соответствующие классы, например для производства резисторов H01C 17/06); способы предотвращения коррозии металлического материала, образования накипи или корок вообще (обработка металлических поверхностей или покрытие металлов электролитическим способом или способом электрофореза C25D,C25F)

СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО ВОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕ Й, включающий борирование в электролите с катодной плотностью тока 0,5 0 ,7 А/см2 в течение 15-30 мин, последующее отключение тока и выдержку в течение 30-120 мин, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса, борирование в электролите проводят при 740-760 С, а выдержку в электролите при отключении тока проводя при 850-900°С, при этом обрабатываемые детали нагревают и подце{ живают их температуру на 30-50°С ibxue температуры электролита.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ! 46339 А

3511 С 23 С 9 10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ф ! с " С

;! 4с сф К

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ФСсс! с с!С с с

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ Юбщсдссссс (54 ) (57 ) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИЗ НОГО

БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, вклю (21 ) 3379597/22-02 (22) 06. 01. 82 (46 ) 07. 10. 83. Бюл. Р 37 (72 ) В.Ф. Коростелев и A. Б. Митрофановс (71 ) Владимирский политехнический институт (53) 621.785.539(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 471400,.кл. С 23 С 9/04 1968.

2. Авторское свидетельство СССР

В 694559 кл. С 23 С 9/10, 1977. чающий борирование в электролите с катодной плотностью тока 0 5

0,7 A/см в течение 15-30 мин, последующее отключение тока и выдержку в течение 30-120 мин, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения экономичности процесса, борирование в электролите проводят при

740-760 С, а выдержку в электролите при отключении тока проводяч при

850-900 С,. при этом обрабатываемые детали нагревают и поддерживают их температуру на 30-50ОС выае температуры электролита.

1046339

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионным способам обработки поверхности металличес. .ких изделий, и может быть использовано для борирования штампов холодной и горячей штамповки и пресс-форм литья под давлением.

Известен способ электролизного борирования сталей в расплавленной буре, заключающийся в предварительном электролизном борировании при

1223.К (950 C ) в течение 3 ч при плотности тока 0,2 A/cì 2 и последующем жидкостном борировании при

1253-1323 К (980-1050 С)(1Д.

Однако по этому способу для получения борированных слоев глубиной 0,6 мм с твердостью Н =16000 МПа требуется длительное время, в результате чего из-за воздействия высокой температуры. и кислорода атмосферы тигель и графитовые аноды часто выходят из строя, а электролит загрязняется графитом.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ электролизного борирования стальных деталей, при котором электролизное борирование проводят при .1053-1093"K (780-820 С ) с катодной плотностью тока 0,5-0,7 A/cM 2 в течение 30120 мин в зависимости от глубины борированного слоя (2 3, Однако электролизное борирование при 1053-1093 К (780-820 С) с катодной плотностью тока 0,5-0,7 А/см 2 в течение 15-30 мин происходит в условиях, когда температура борируемой детали равна температуре электролита, что при борировании легированных сталей типа 5XHrn, 4Х5МФС и др. не всегда гарантирует получение слоя заданной глубины. Выдержка при высокой температуре 1173-1273 К в течение 30-120 мин вызывает значительный перегрев и окисление тигля (900-1000ОС), Целью изобретения является повы,шение экономичности процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу электролизного борирования стальных деталей, включающему борирование в электролите с катодной плотностью тока

0,5-0,7 А/cM 2 в течение 15-30 мин, последующее отключение тока и выдержку в течение 30-120 мин, борирование в электролите ведут при 740-760 С, а выдержку при 850-900 С, при этом обрабатываемые детали нагревают и поддерживают их температуру на 3050 С выше температуры электролита.

На первЬй стадии под действием электрического тока с высокой скоростью выделяют необходимое количест; во бора на борируемой детали, на второй стадии происходит его диффузия внутрь детали три отключенном токе. Высокая плотность, тока обеспечивает высокую скорость выделения бора на детали, а следовательно, незначительное время пребывания анода в ванне; более низкая температура электролита (на 30-50 градусов ниже температуры детали ) снижает вредное воздействие кислорода атмосферы на материал тигля и материал

10 анода.

Пример 1. Борированию подвергают штамп горячей штамповки.

Размеры вкладыша 4 100х20 мм. Материал сталь 5ХНМ. Борируемый вкладыш с нагревателем устанавливают в тигель с расплавленным в электропечи электролитом (85% буры и 15% пова ренной соли) при 1023 К (750 С). В это же время опускакт в электролит и графитовые аноды. Тепловую мощность нагревателя регулируют в пределах от 3 до 5 кВт, обеспечивая при этом поддержание температуры вкладыша на 30 градусов выше температуры электролита, т.е, 1053 .К (780 С), Включают постоянный ток, устанавливают плотность тока 0,5-0,7 А/см и ведут электролиз в течение 15 мин °

После этого ток выключают, аноды извлекают из ванны, а температуру

ЗО вкладыша поддерживают на 30 градусов выше температуры ванны при нагре. ве и в процессе последующей выдержки в течение 30 мин при 1123 K(85P С), После выдержки штамп подвергают

35 за алке, отмывке от солей и отпуску.

Пример 2. Борированию подвергают вкладыши пресс-форм литья под давлением. Размеры вкладыша

300х250х70 мм. Материал сталь

4О 4Х5МСС. Борируемый вкладыш с нагревателем устанавливают в тигель с расплавленным в электропечи электролитом (85% буры и 15% поваренной соли ) при 1033 К (760 С). В это же время опускают в электролит графитовые аноды. Тепловую мощность нагревателя регулируют в пределах 5-10 кВт, обеспечивающих поддержание температуры вкладыша на 50 градусов выше температуры электролита, т.е. 1083 К

50 (810 С). Включают постоянный ток, устанавливают плотность тока 0,50,7 A/cM и ведут электролиз в тече2 ие 30 мин. После этого ток выключают, аноды извлекают из ванны, а

55 температуру ванны поднимают до

1173 К (900 C), поддерживая температуру вкладыша на 50 градусов выше температуры ванны при нагреве и в процессе последующей выдержки в

60 течение 120 мин.

После выдержки вкладыш подвергают закалке, отмывке от солей и отпуску.

В таблице приведены сравнительные данные испытаний известного и предо лагаемого способов.

1 046339

Температура тигля по наружной поверхности, К (oC) Темп ература электролита

К(С ) Глубина слоя, мкм

Плотность тока, A/ñì

Время мин

Сталь

Микротвердость

МПа

Способ борирования без тока с током

Известный 4Х5МФС

0,5 30

60 0,25 16000 1073 до 1473 (800 ) (1200 ) и 1273 (1000 ) Предлагаемый

1БООО 1033 до 1223 (1600 кг ) (760) . (950) и

1173 (900) 60 0,25

0,5

4Х5МФС

Составитель Л. Бурлинова

Редактор .А. Шандор Техред Т,фанта Корректор A. Зимокосов

Заказ 7670/27 Тираж 956 Подписное

ВИИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35р Раушсйая нйб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Повышение экономичности способа происходит за счет снижения расхода электроэнергии, повышения стойкости тигля и анодов за счет увеличения рабочего ресурса используемого электролита.

Повышение стойкости тигля оценивалось путем сопоставления средней стойкости партии трех опытных тиглей, когда процесс проводили по известному способу, со средней стойкостью трех опытных тиглей, процесс борирования в которых осуществляли по пред- 40 лагаемому способу. Установлено, что средняя стойкость тиглей из стали

1Х18Н10ТЛ по известному способу составляет 600-800 ч непрерывной работы;. по предЛагаемому спосббу продолжи- 45 тельность непрерывной работы таких же тиглей увеличивается до 9001200 ч. Точно также оценивали стойкость электродов и электролита. Продолжительность непреРывной Работы, графитовых электродов по известному способу в среднемсоставляла 200 ч.

Снижение температуры по предлагаемому способу позволило повысить стойкость электродов до 240 ч. Снижение рабочей температуры электролита на 30-60 градусов значительно замедляет развитие процессов окисления и растворения, в результате чего электролит не насыдается газами из атмооферы, железом и другими элементами тигля. Стойкость электролита.при этом увеличивается с 400 до 480500 ч.

Использование предлагаемого способа электролизного борирования по сравнению с известным позволяет на

30-50 градусов снизить температуру электролизной ванны, снизить температуру по наружной. поверхности тигля на 250 градусов и за счет этого повысить стойкость тигля на

30-50%, а стойкость анодов и электролита поднять на 20-303 при сохранении прочностных свойств обрабатываемых деталей.