Способ химико-термической обработки стальных деталей

 

Использование: при химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности, в солевых расплавах, для упрочнения стальных деталей и инструмента в машиностроительной, металлургической , химической и других отраслях промышленности . Сущность способа проводят борирование в солевом расплаве, содержащем, мас.%: хлорид кальция - 95 - 99; борсодержащее вещество - 1 - 5, затем сразу же из ванны борирования проводят закалку путем погружения деталей в водный раствор, содержащий 35.0 - 595 мас% хлорида кальция

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

K ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 5047508/02 (22) 15.06.92 (46) 1512.93 Бюл. Йя 45-46 (71) Институт высокотемпературной электрохимии

Уральского отделения PAH (72) Чернов Я.Б„Анфиногенов АИ„Илющенко Н,Г. (73) Институт высокотемпературной электрохимии

Уральского отделения PAH (54) СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Использование: при химико-термической об(в) RU (11) 2004617 С1 (51) работке металлов и сплавов, в частности в солевых расплавак для упрочнения стальных детайей и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности Сущность способа. проводят борирование в солевом расплаве, содержащем, мас%: хпорид кальция — 95 — 99; борсодержащее вещество — 1 — 5, затем сразу же из ванны борирования проводят закалку путем погружения деталей в водный раствор, содержащий 35,0 — 595 мас% хпорида кальция

2004617

20

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов и может быть использовано для упрочнения деталей машин и инструмента в машиностроительной, металлургической, химической и других отраслях промышленности.

Из известных наиболее близким является способ химико-термической обработки металлов, включающий борирование в расплаве и дальнейшую закалку в масле. Борирование проводят в расплаве, содержащем буру, хлорид натрия и порошок аморфного бора (11.

Однако известный способ имеет ряд недостатков: при закалке изделий в масле происходит испарение и разложение углеводородов с образованием вредных для здоровья человека веществ; с повышением температуры резко ускоряются процессы окисления и термического разложения масел с образованием большого количества смолистых веществ на поверхности деталей; которые затрудняют последующую очистку изделий после закалки: применение масел для закалки борированных деталей требует дополнительных затрат для очистки загрязненного масла от борирующих про. дуктов; закалка в масле раскаленных деталей — пожароопасная операция.

Задачей изобретения является создание экологически чистого, безотходного и пожаробезопасного метода химико-термической обработки.

Для выполнения оставленной задачи в предлагаемом способе борирование проводят в солэвом расплаве, содержащем, мас,%: хлорид кальция — 95-99; борсодержащее вещество — 1-5, затем сразу же из ванны борирования проводят закалку путем погружения деталей в водный раствор, содержащий 35,0-59,5 мас. хлорида кальция. В качестве борсодержащего вещества используют порошок аморфного бора или полиборида магния.

Использование хлорида кальция в качестве борирующего и эакалочного компонента позволяет создать безотходную, экологически чистую и пожаробезопасную технологию.

Безотходная технология создается за счет того, что раскаленные детали вместе с остатками хлорида кальция и борсодержащего порошка из ванны борирования переносятся в закалочную ванну, В процессе закалки остатки соли и порошка смываются . с деталей и могут быть извлечены и использованы в ванне борирования.

Экологически чистая технология создается за счет того, что при закалке борированных деталей в водном растворе хлорида кальция в атмосферу не выделяется никаких вредных веществ. Этот раствор пожаробезопасен, может применяться в зака- лочных ваннах открытого типа. Раствор характеризуется стабильностью охлаждающих свойств, надежностью и оперативностью контроля охлаждающей способности в процессе эксплуатации, технико-экономическими показателями.

Концентрацию раствора хлорида кальция менее 35,0 мас. использовать нецелесообразно, так как возникает возможность выброса перегретой определяется растворимостью его в воде при данной температуре(при 313 К растворимость 53,6 мас,%, при

353 К вЂ” 59,5 мас,%). При закалке большого количества деталей концентрация хлорида кальция в закалочной ванне возрастает выше предела растворимости его в воде при данной температуре, при этом начинает образовываться кристаллогидрат хлорида кальция, который вместе с пересыщенным раствором хлорида кальция и свободным порошком бора отчерпывается в поддоны, помещается на сушку и прокалку. Прокаленная соль и бор возвращаются в ванну борирования.

Контроль охлаждающей способности раствора в процессе эксплуатации осуществляется по результатам анализа раствора на концентрацию хлорида кальция.

При закалке в водном растворе хлорида кальция на поверхности деталей формируются сжимающие напряжения, которые предотвращают образование закалочных трещин. Твердость основы после закалки в зависимости от марки стали составляет

HRC = 45-61 ед. Укаэанная закалочная среда не требует перемешивания во время закалки изделия.

Качество борированных и закаленных деталей и образцов оценивали по их твердости, деформации, микроструктуре, механическим свойствам, Пример 1, Матрица сложной конфигурации из стали У8А для прессования абразивных порошков, состоящая иэ четырех деталей, проборирована в расплаве хлорида кальция с 5 мас,% порошка полиборида магния на толщину покрытия 100 мкм и закалена с 1073 К в 35 -ном водном растворе хлорида кальция. находящемся при 313 К.

После закалки матрица была отмыта в воде и помещена на отпуск при 473 К для снятия напряжения, При наличии большой твердости боридного покрытия (18000 Па) основа матрицы закалилась на твердость HRC =

=58-60. При этом наблюдается хорошая собираемость всех деталей, практически отсутствуют закалочные поводки {в пределах

2004617

Предлагаемый способ химико-термиче5 ской обработки позволяет создать экологически чистую технологию упрочнения деталей машин и инструмента за счет использования нетоксичного хлорида кальция для жидкостного борирования и последую10 щей закалки их непосредственно из ванны борирования; вести безотходный технологический процесс за счет возврата хлорида кальция после отмывки деталей в ванну борирования или в эакалочный бак, не нарушая

15 технологического процесса; организовать . безопасность технологии, так как хлорид кальция является пожаробезопасным веществом; обеспечить высокую скорость охлаждения благодаря стабильности раствора и

20 исключить интенсивную его циркуляцию во время закалки; легко контролировать и регулировать концентрацию водного раствора хлорида кальция; значительно удешевить технологию за счет использования недоро25 гой и недифицитной соли — хлорида кальция вместо дорогого и дефицитного масла; улучшить охрану труда работающих и атмосферу окружающей среды эа счет использования безвредной и малолетучей соли: ускорить

30 отмывку деталей после закалки за счет хорошей растворимости хлорида кальция в воде и за счет того. что нет пригара масла к поверхности деталей.

35 (56) Авторское свидетельство СССР

ЛЬ 393373, кл. С 23 С 9/10, 1973. ц)ормула .изобретения

1. СПОСОБ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ

ОБРАБОТКИ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий борирование в расплаве и после.дующую закалку, отличающийся тем, что борирование проводят в расплаве хлмида 45 кальция и борсодержащего вещества, а закалку осуществляют в 35,0 - 59,5 -ном

Составитель Я.Чернов

Техред М. Моргентал

Редактор А.Купрякова

Корректор В.Петраш

Заказ 3381 Тираж

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Подписное

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101 допуска). Износостойкость матрицы в производственных условиях увеличилась в 5 раэ.

При закалке деталей непосредственно из борирующего сопевого расплава хлорида кальция в водный раствор хлорида кальция не наблюдалась выброса раствора, не было взрывов. Закалка происходит без выделения дыма и пара. Матрицы имеют хороший товарный вид и не ржавеют при длительном хранении.

Пример 2. Штампы для горячей деформации из стали 5ХНМ были проборированы в расплаве хлорида кальция с 5 мас.$ порошка полиборида магния на толщину слоя 100 мкм, Закалка штампов проведена с 1133 К в 45 -ном растворе хлорида кальция, находящемся при 353 К.

После закалки штампы отмыли в воде и бып проведен отпуск при 673 К в течение 2 ч.

Твердость основы штампов под боридным покрытием составляет HRC = 45 — 46. Износостойкость штампов в производственных условиях по сравнению с неборированным увеличилась в 3 раза. Штампы не ржавеют при хранении.

Пример 3. Накатные ролики из стали

Х12Ф1 для накатки резьбы борировали в расплаве хлорида кальция с 1 мас. атмосферного бора на толщину покрытия 100 мкм и закалили на первичную твердость с 1253

К в растворе с 59,5 мас. хлорида кальция, находящегося при 353 К. После отмывки в воде был проведен отпуск роликов при 430

К в течение 10 ч. Твердость основы роликов под покрытием составила HRC = 60-61. В производственных условиях ролики показали увеличение стойкости в 7. раз. водном растворе хлорида кальция.

2. Способ по п.1. отличающийся тем, что процесс борирования проводят в расппаве хлорида кальция и борсодержащего вещества при следующем соотношении компонентов, мас. $:

Борсодержащее вещество 1-5:

Хлорид кальция 95- 99