Способ борирования углеродистой стали

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения инструмента и деталей машин. Способ включает предварительную обработку и борирование. Предварительную обработку проводят электронным пучком в вакууме (Р=2×10-3 Па) в течение 30 с при удельной мощности (4÷5)×104 Вт/см2. Борирование осуществляют при температуре 940°С в течение 3 часов в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4. Техническим результатом изобретения является разработка технологии борирования, направленной на поверхностное упрочнение инструментов, снижение хрупкости боридного слоя, увеличение толщины слоя и снижение напряжений в боридной зоне. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения инструмента, деталей машин и т.д., изготовленных из углеродистой стали.

Известен способ электролизного борирования стали с последующим нагревом в вакуумной печи (Р=10-3 мм рт.ст.) при температуре 900-940°С в течение 4-20 ч. В результате такой обработки глубина борированного слоя после выдержки увеличивается на 30-40% (см. Шаля М.А. Снижение хрупкости борированного слоя // МиТОМ, 1969, №8, с.69).

Недостатком данного способа является высокая хрупкость боридного слоя, который выкрашивается даже при приготовлении шлифа.

Наиболее близким способом по технической сущности к заявляемому изобретению является способ борирования в порошковой смеси в контейнере с плавким затвором. Упрочняемое изделие помещают в герметичный контейнер (97% В4С + 3% KBF4) с последующим нагревом в печи при температуре 940°С в течение 3 часов. В результате такой обработки на поверхности образуется боридный слой толщиной 85-90 мкм (см. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов: (Справ. пособие). - Мн.: Беларусь, 1981. - 205 с.)

Недостатком данного способа является высокая хрупкость боридного слоя.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка технологии борирования, направленной на поверхностное упрочнение инструментов, деталей машин и т.д.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение хрупкости боридного слоя, увеличение толщины слоя, снижение внутренних напряжений в боридной зоне.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемом способе борирования углеродистой стали, включающем борирование при температуре 940°С в течение 3 часов в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4, согласно изобретению перед борированием проводят предварительную обработку электронным пучком в вакууме Р=2×10-3 Па в течение 30 с при удельной мощности 4÷5×104 Вт/см2.

Отличительной особенностью заявляемого изобретения является то, что перед борированием проводят предварительную обработку электронным пучком в вакууме Р=2×10-3 Па в течение 30 с при удельной мощности 4÷5×104 Вт/см2, что позволяет увеличить скорость формирования боридного слоя и получить большую толщину слоя за счет увеличения количества дефектов кристаллического строения в тонком поверхностном слое при обработке поверхности электронным пучком.

Экспериментально обнаружено, что предварительная обработка электронным пучком позволяет увеличить скорость формирования боридного слоя и получить большую толщину слоя (см. таблицу).

Из таблицы видно, что при этом происходит также снижение на дифрактограммах значений уширения основных линий фазы FeB, свидетельствующее о формировании боридов, имеющих меньшие внутренние напряжения II рода. При этом снижается хрупкость боридного слоя. Хрупкость оценивали по величине напряжения скола σск, являющейся интегральной характеристикой хрупкости слоя, самопроизвольно учитывающей физико-механические свойства самих боридов (микротвердость, модуль упругости), фазовый состав, соотношение фаз, их дисперсность и взаимное расположение в слое и на поверхности, напряженное состояние слоя и его пластичность (Григоров П.К., Катханов Б.Б. Методика исследования хрупкости борированного слоя // Повышение надежности и долговечности деталей машин: Труды НИИТМа (Ростов-на-Дону). - 1972. - Вып. XVI. - С.97-99.).

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения. Определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату - снижению хрупкости боридного слоя, увеличению толщины слоя, снижению внутренних напряжений в боридной зоне, отличительных признаков в заявленном способе, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ борирования углеродистой стали осуществляют следующим образом.

Образцы помещают в вакуумную камеру (вакуум Р=2×10-3 Па) и проводят обработку поверхности электронным пучком. Параметры электронно-лучевой обработки: удельная мощность (4÷5)×104 Вт/см2, время обработки 30 с. В результате проникновения электронов, в поверхностных слоях происходит повышение количества дефектов, интенсифицирующих процессы диффузии. Обработка поверхности электронным пучком при меньших значениях удельной мощности и времени не приводит к увеличению дефектов. Повышение же удельной мощности и времени обработки выше указанных значений приводит к оплавлению поверхности. Обработанные таким образом образцы помещают в контейнер с плавким затвором и проводят традиционное твердофазное борирование с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4 при температуре 940°С в течение 3 часов. Наличие дефектов в поверхностных слоях позволяет увеличить скорость формирования боридных слоев.

Примеры конкретного выполнения.

Пример 1. Образец из стали Ст3 в форме пластины размером 15×15×3 мм обрабатывают электронным пучком в вакууме (Р=2×10-3 Па) при удельной мощности (4÷5)×104 Вт/см2 в течение 30 с. Затем проводят борирование в контейнере с плавким затвором (50% В2О3 + 50% SiO2) с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4 при температуре 940°С в течение 3 часов. В результате на поверхности формируется боридный слой толщиной 110-115 мкм.

Пример 2. Образец из стали 45 в форме пластины размером 15х15х3 мм обрабатывают электронным пучком в вакууме (Р=2×10-3 Па) при удельной мощности (4÷5)×104 Вт/см2 в течение 30 с. Затем проводят борирование в контейнере с плавким затвором (50% В2О3 + 50% SiO2) с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4 при температуре 940°С в течение 3 часов. В результате на поверхности формируется боридный слой толщиной 90-95 мкм.

Предлагаемый способ борирования углеродистой стали по сравнению с прототипом (см. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов: Справ. пособие. - Мн.: Беларусь, 1989. - 205 с.) обеспечивает следующие преимущества:

- получение боридного слоя с меньшими внутренними напряжениями;

- снижение хрупкости боридной зоны;

- повышение скорости формирования боридного слоя.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии заявляемого способа борирования углеродистой стали критерию "промышленная применимость".

Способ борирования углеродистой стали, включающий формирование боридного слоя при температуре 940°С в течение 3 ч в контейнере с плавким затвором с насыщающей смесью, состоящей из 97% В4С и 3% KBF4, отличающийся тем, что перед формированием боридного слоя проводят предварительную обработку электронным пучком в вакууме (Р=2·10-3 Па) в течение 30 с при удельной мощности (4÷5)·104 Вт/см2.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистой стали.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке и может найти широкое применение в машиностроении, повышая долговечность деталей машин.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, а именно к борированию винтовых передач, например винтов, червяков и т.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин.
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистых сталей и чугуна.

Изобретение относится к химико-термической обработке. .

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть применено для повышения свойств поверхностных слоев изделий из железоуглеродистых сплавов. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в инструментальном производстве для повышения долговечности изделий из сплавов на основе железа.
Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть применено в машиностроении для повышения работоспособности изделий из сплавов на основе железа.

Изобретение относится к методам формирования легирующего покрытия (легирования поверхностного слоя металлических деталей) и может быть использовано в процессах плазменной обработки материалов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к термической и химико-термической обработке деталей из магнитомягкой высокохромистой стали, используемой для изготовления корпусов, магнитопроводов, сердечников электромагнитных клапанов подачи рабочих газов в электрических реактивных двигателях малой тяги.
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке металлов и сплавов, в частности к ионному азотированию в плазме тлеющего разряда, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, в том числе деталей сложной конфигурации, режущего инструмента и штамповой оснастки.

Изобретение относится к области упрочняющей обработки деталей и может быть использовано для повышения износостойкости поверхностей трения. .

Изобретение относится к области химико-термической обработки деталей из титановых сплавов, а именно к подготовке поверхности к термическому оксидированию. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам азотирования, и может быть использовано для получения высокопрочных и износостойких покрытий на изделиях из тугоплавких металлов и их сплавов.

Изобретение относится к химико-термической обработке и предназначено для защиты бронзовых изделий от диффузии цинка, никеля и хрома. .

Изобретение относится к технологии машиностроения и может быть использовано при изготовлении деталей машин из вентильных сплавов, а также из сталей с алюминиевым покрытием, к поверхностям которых предъявляются требования по износостойкости, диэлектрической прочности, теплостойкости и коррозионной стойкости.
Изобретение относится к области термической обработки деталей из чугуна с шаровидным графитом

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения инструмента и деталей машин

Наверх