СПОСОБ БОРИРОВАНИЯ ДЕТАЛЕЙ Российский патент 2001 года по МПК C23C8/02 C23C8/42 

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий и может быть использовано для упрочнения деталей, восстановленных наплавкой.

Известен способ борирования деталей, включающий предварительную подготовку поверхности путем отжига в вакууме и последующее диффузионное борирование (авт. св. 823456, МКИ С 23 С 9/10, опубл. 23.04.81, бюл. N 15).

Однако применение этого способа не обеспечивает увеличения поверхностного слоя, достаточного для компенсации износа даже при восстановлении прецизионных деталей.

Известен также скоростной метод борирования стальных деталей в насыщенном расплаве, содержащем хлористый калий, буру, бор и хлористый натрий, обладающем низкой разъедающей способностью (авт. св. 996515, МКИ С 23 C 9/10, опубл. 15.02.83, бюл. N 6). Однако присутствие в расплаве значительного количества хлористых соединений делает его токсичным, что требует введения в помещение дополнительных устройств - пылеуловителей.

Существует метод химико-термической обработки, при котором перед сульфоборированием на изношенную поверхность наносят суспензию из металлического порошка и жидкого стекла (авт. св. 1721103, МКИ C 21 D 1/78, С 23 С 8/70, опубл. 23.03.92, бюл. N 11). Данный способ имеет ограниченное применение, так как может быть использован только для восстановления и упрочнения прецизионных деталей, имеющих незначительный износ, преимущественно плунжеров топливных насосов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ, по которому с целью повышения толщины и прочности боридного слоя поверхность детали перед борированием подвергают предварительной подготовке, выражающейся в диффузионном железнении (Ж-л "Металловедение и термическая обработка металлов", М., 1974, N 7, с. 59-61 - прототип).

Однако процесс предварительного железнения из-за высокой длительности (до 15 ч) малопроизводителен, а детали, подготовленные этим способом, обладают низкой износостойкостью.

Технической задачей изобретения является расширение технологических возможностей и повышение качества борирования.

Задача достигается тем, что перед электролизным борированием изношенную поверхность восстанавливаемой детали подвергают наплавке, а в качестве боросодержащего расплава используют шлак, содержащий следующие компоненты, мас.%: Na₂B₄O₇ - 52-58; B₂O₃ - 14-18; K₂CO₃ - 15-17; Na₂SiO₃ - 5-7; K₂ZrF₆ - 4-5.

Наличие в предлагаемом способе "новизны" доказывается тем, что существующие способы борирования предназначены лишь для упрочнения поверхностного слоя деталей при их изготовлении, а предварительная подготовка поверхности перед химико-термической обработкой проводится с целью увеличения глубины боридного слоя.

Предлагаемый способ борирования в сочетании с наплавкой позволяет не только упрочнить наплавленный слой, но и создать припуски на обработку резанием, а также компенсировать износ деталей при их восстановлении.

Оригинальность предлагаемого способа заключается в том, что борсодержащий расплав дополнительно содержит жидкое натриевое стекло, обеспечивающее устойчивую когезию, а также фторцирконат калия, уменьшающий вязкость расплава и адгезию шлаковой пленки, что улучшает качество восстановленной поверхности. Наличие борного ангидрида способствует некоторому увеличению скорости проникновения бора на заданную глубину.

Способ осуществляется следующим образом.

На изношенную рабочую поверхность восстанавливаемой детали, например, диска или турбобура ЗТСШ, изготовленного из стали 25Х1МФ ГОСТ20072-74, наплавляют в среде углекислого газа слой металла толщиной до 2 мм. Наплавку осуществляют проволокой Нп-3ОХГСА ⊘ 2 мм при напряжении дуги 18...22 В и силе сварочного тока 125...180 А. После наплавки поверхность шлифуют в номинальный размер и подвергают электролизному борированию в расплаве шлака, имеющего следующий химический состав, мас.%: Na₂В₄O₇ - 56; B₂O₃ - 16; K₂CO₃ - 16; Na₂SiO₃ - 7; K₂ZrF₆ - 6.

Режимы борирования:
Температура расплава, ^oC - 850 - 950
Плотность тока, А/см² - 0,2 - 0,3
Время выдержки, ч - 2 - 2,5
Глубина слоя, мм - 0,3 - 0,35
Твердость HRC - 58
Эксплуатационные испытания восстановленных совмещенным с наплавкой борированием дисков турбобуров показали, что их износостойкость возросла в 2-3 раза по сравнению с серийными деталями, подвергавшимися традиционной цементации и закалке с низким отпуском. Повышение износостойкости боридного слоя объясняется созданием под ним промежуточной твердой наплавленной "подкладки", исключающей продавливание и выкрашивание боридного слоя в процессе изнашивания.

Таким образом, использование изобретения позволяет достичь следующих результатов.

1. Способ борирования деталей благодаря введению в технологический процесс операции наплавки металла на борируемую поверхность обеспечивает одновременное упрочнение и восстановление размеров изношенной поверхности, что делает его актуальным в ремонтном производстве.

2. Способ обеспечивает увеличение износостойкости рабочей поверхности за счет введения более твердого по сравнению с основным металлом промежуточного подслоя в виде наплавленного металла.

3. Введение операции борирования позволяет исключить из технологического процесса трудоемкую операцию поверхностной закалки, облегчает обработку резанием наплавленной поверхности детали, способствует созданию более равномерных припусков на финишную операцию.

4. Благодаря использованию в качестве борсодержащего расплава нового синтетического шлака стабилизируется поверхностная твердость, исключается обезуглероживание, обеспечивается экологическая безопасность, сохраняется наружный микрорельеф, уменьшается вероятность образования микротрещин, что в конечном итоге повышает качество борирования.

Реализация потенций предлагаемого изобретения позволяет проводить химико-термическую обработку и восстановление формы и размеров изношенных деталей с повышением исходного уровня качества поверхностного слоя.

Способ борирования деталей преимущественно при их восстановлении включает наплавку изношенной поверхности и последующее электролизное борирование в расплаве, содержащем, мас.%: Na₂B₄O₇ - 52-58; B₂O₃ - 14-18; K₂Co₃ - 15-17; Na₂SiO₃ - 5-7; K₂ZrF₆ - 4-5. Способ позволяет повысить уровень качества поверхностного слоя.

Способ борирования деталей преимущественно при их восстановлении, включающий предварительную подготовку поверхности и последующее электролизное борирование, отличающийся тем, что изношенную поверхность перед борированием подвергают наплавке, а в качестве борсодержащего расплава используют шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Na₂B₄O₇ - 52 - 58
B₂O₃ - 14 - 18
K₂CO₃ - 15 - 17
Na₂SiO₃ - 5 - 7
K₂ZrF₆ - 4 - 5