Способ электролизного борирования стальных деталей Советский патент 1983 года по МПК C23C9/10 

о

4

Ф ФО

00

со

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионным способам обработки поверхности металличеслих 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°С) в течение 3 ч при плотности тока 0,2 последующем жидкостном борировании при 1253-1323К (980-1050c)ClJ.

Однако по этому способу для получения борированных слоев глубиной 0,6 мм с твердостью Нр 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 К (780-820с) с катодной плотностью тока 0,5-0,7 А/см 2 в течение 3012-0 мин в зависимости от глубины борированного слоя 2J,

Однако электролизное борирование при 10S3-1093K (780-820°С) с катодной плотностью тока О,5-0,7-А/см в течение 15-30 мин происходит в условиях, когда температура борируемой детали равна тe шepaтype электролита, что при борировании легированных сталей типа 5ХНМ, 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 (900-1000°С).

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/см 2 в течение 15-30 мин, последующее отключение тока и выдержку в течение 30-120 мин, борирование в электролите ведут при 740-7бО°С, а выдержку при 850-900°С, при этом обрабатываемыедетали нагревают и поддерживают их температуру на 305о С выше температуры электролита.

На первЬй стадии под действием электрического тока с высокой скоростью выделяют необходимое количество бора на борируемой детали, на второй стадии происходит его диффузия внутрь детали при отключенном токе. Высокая плотность.тока обеспечивает высокую скорость выделения бора на детали, а следовательно, незначительное время пребывания ано5 да в ванне; более низкая температура электролита (на 30-50 градусов ниже температуры детали) снижает вредное воздействие кислорода атмосферы на материал тигля и материал

0 анода.

Пример 1. Борированию подвергают штамп горячей штамповки. Размеры вкладыша 0 100x20 мм. Материал сталь 5ХНМ. Борируемый вкла5 ды1п 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 опускают 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 ().

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

0 вкладыша поддерживают на 30 граду-- . сов выше температурь ванны при нагреве и в процессе последующей выдержки в течение 30 мин при 1123 К(&5()°С). После выдержки штамп подвергают

5 закалке, отмывке от солей и отпуску. П р и м е р 2. Борированию подвергают вкладыши пресс-форм литья под давлением. Размеры вкладыша 300x250x70 мм. Материал сталь

п 4Х5МФС. Борируемый вкладыш с нагревателем устанавливают в тигель с расплавленным в электропечи электролитом (85% буры и 15% поваренной соли) при 1033 К (7бО°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

0 (810°С). Включают постоянный ток, устанавливают плотность тока 0,50,,7 А/см и ведут электролиз в течецие 30 мин.- После этого ток выключают, аноды извлекают из ванны, а

5 температуру ванны поднимают до

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

0 течение 120 мин.

После выдержки вкладыа подвергают закалке, отмывке от солей и отпуску. В таблице приведены сравнительные данные испытаний известного и пред5 лагаемого способов.

4Х5МФС

30

0,5

до 147.3

0,25 16000

1073 (1200) (800) и 1273 (1000)

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.

Повышение экономичности способа происходит за счет снижения расхода электроэнергии, повышения стойкости тигля и анодов за счет увеличения рабочего ресурса используемого электролита . Повышение стойкости тигля оценив.алось 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 лагаемому способу. Установлено, что средняя стойкость тиглей из стали 1Х18Н10ТЛ по известному способу составляет 600-800 ч непрерывной работы по предлагаемого способу продолжительность 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 среднем составляла 20.0 ч. 1, 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 насьЕдается газами из атмосгферы, железом и другими элементами тигля. Стойкость электрюлита.при этом увеличивается с 400 до 480- . 500 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 ст.ойкость анодов и электролита поднять на 20-30% при. сохранении прочностных свойств обрабатываегдлх деталей.