Расплав для жидкостного борирования стальных деталей

 

Сущность изобретения: расплав содержит (мас. % )борсодержащее вещество 1,0 - 5,0; хлорид кальция 95,0 - 99,0.

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

Известен состав расплава для жидкостного борирования, содержащий (мас% ) хлорид бария 30-60, хлорид натрия 10-20, фторид натрия 10-430, оксид бора или бората 1-420, карбид бора 1-15.

Также известен расплав для борирования стальных деталей, содержащий (мас. % ) оксид бора 55-79,5, галогениды натрия (фторид натрия или смесь фторида и хлориданатрия) 19,0-44,5, борсодержащее вещество (аморфный бор или полиборид магния) 0,5-1,5.

Недостатками известных расплавов является большой унос их с покрываемыми деталями из-за значительной вязкости расплава, длительная отмывка изделий от борирующего расплава, так как он содержит малорастворимые оксид бора и фторид натрия. Хлорид натрия и фторид натрия при высоких температурах процесса обладают большой летучестью, что отражается на окружающей среде и на здоровье работающих.

Из известных расплавов наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является расплав для борирования стальных деталей, содержащий (мас. % ) хлориды щелочных или щелочно-земельных металлов 92,0-96,5, фторид натрия 2-5, борсодержащее вещество (порошок бора или полиборида магния) 1,5-3,0.

Однако, известный расплав имеет ряд недостатков: - расплав многокомпонентный, поэтому возникают трудности при его корректировке (из-за различной летучести солевых составляющих при высоких температурах борирования и необходимости проведения химического анализа).

- при использовании расплава происходит загрязнение окружающей среды, так как соли обладают значительной летучестью при температурах химико-термической обработки.

- необходимо перемешивание расплава, так как порошки оседают на дно ванны из-за большей плотности, чем плотность солей.

Целью изобретения является повышение эксплуатационных характеристик расплава путем повышения его химической стабильности и упрощения его корректировки и уменьшения загрязнения окружающей среды.

Для достижения указанной цели известный расплав, содержащий порошок борсодержащего вещества и галогенид щелочно-земельного металла, в качестве галогенида щелочно-земельного металла он содержит хлорид кальция при следующем соотношении компонентов, мас. % : хлорид кальция 95-99, борсодержащее вещество 1-5.

В качестве борсодержащего вещества используют порошки аморфного бора или полиборида магния (MgB₁₂). Содержание хлорида кальция менее 95 ипм. % не ухудшает расплав, но повышается его стоимость без заметного ускорения процесса. Содержание хлорида кальция более 99 масс. % не обеспечивает достаточных скоростей насыщения деталей. Поэтому оптимальное содержание хлорида кальция составляет от 95 до 99% . Количество борсодержащего вещества определяется количеством хлорида кальция.

Борирование проводят при температурах 1073-1273 К без перемешивания расплава, так как плотности хлорида кальция и борсодержащих порошков при этих температурах практически одинаковы и не наблюдается ликвации порошков. Время обработки зависит от требуемой толщины покрытия.

Получаемые боридные покрытия на сталях равномерны по высоте ванны и состоят из двух фаз FeB и Fe₂B, а при содержании порошков 1 мас. % - из одной фазы Fe₂B.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

П р и м е р 1. В ванну загрузили и расплавили при температуре 1173 К 1940 г хлорида кальция и добавили 60 г порошка полиборида магния (3 мас. % ). В ванну поместили два образца из стали У8. Один образец поместили на расстоянии 50 мм от дна ванны, другой - на расстоянии 100 мм от верхнего уровня расплава. Расстояние между образцами составляло 150 мм. После выдержки образцов при температуре 1173 К в течение 2,5 ч получили боридные слои, состоящие из фаз FeB и Fe₂B толщиной на верхнем образце 138 мкм, на нижнем образце 145 мкм.

П р и м е р 2. В расплаве, содержащем 99 мас. % хлорида кальция и 1 мас. % аморфного бора, провели борирование образцов из стали 5ХНМ при 1223 К. За 5 ч обработки получили боридное покрытие толщиной 95 мкм, состоящее из фазы Fe₂B.

П р и м е р 3. В расплаве, содержащем 95 мас. % хлорида кальция и 5 мас. % полиборида магния, провели борирование образцов из стали У8 и Х12М. На стали У8 при 1073 К за 2,5 ч получили покрытие толщиной 100 мкм, а на стали Х12М при 1273 К за 2,5 ч получили покрытие толщиной 118 мкм. Слои состоят из фаз FeB и Fe₂B. (56) Авторское свидетельство СССР N 779438, кл. С 23 С 8/42, 1978.

Формула изобретения

РАСПЛАВ ДЛЯ ЖИДКОСТНОГО БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ДЕТАЛЕЙ, включающий борсодержащее вещество и галогенид щелочноземельного металла, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационных характеристик расплава путем повышения его химической стабильности и упрощения его корректировки и уменьшения загрязнения окружающей среды, он в качестве галогенида щелочноземельного металла содержит хлорид кальция при следующем соотношении компонентов, мас. % : Борсодержащее вещество 1,0 - 5,0 Хлорид кальция 95,0 - 99,0