Состав для борирования отливок из стали Советский патент 1991 года по МПК C23C8/72 

Изобретение относится к химико-термической обработке и может быть применено в качестве диффузионно-активного покрытия литейных форм, преимущественно песчано-глинистых, с целью получения износостойкой поверхности стальных отливок.

Цель изобретения - повышение термостойкости покрытия и улучшение его качества за счет снижения шероховатости поверхности и повышения однородности диффузионного слоя.

В состав, включающий карбид бора, фтористый натрий, наполнитель и связующее вещество, для получения термостойкого диффузионно-активного покрытия литейных форм и улучшения качества упрочненной поверхности отливок, в качестве наполнителя используют высокоогнеупорный материал - цирконовый концентрат, а в ка- честзе связующего - пульвербакелит при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Карбид бора10-20

Фтористый натрий2-5

Цирконовый концентрат65-80

Пульвербакелит5-10

Функциональное назначение вводимых компонентов.

Ортосиликат циркония (ZrSi04) ком-- понент, входящий в состав покрытия в качестве наполнителя, является высокоогнеупорным (tnn 2430-2450°C) и инертным по отношению к металлам (в том числе к железу) и их окислам. В связи с тем, что цирконовый концентрат не участвует в ме- таллотермической реакции, объектом защиты является состав для борирования, а не для бороциркрнирования. Цирконовый концентрат введен в состав для повышения термостойкости диффузионно-активного покрытия.

Пульвербакелит - компонент, входящий в состав покрытия в качестве связующего, представляет собой порошок светло-желтого цвета, который состоит из фенолформальЁ

О Ч)

о

о

дегидной смолы (7,5-8,0%) и уротропина (остальное, до 100%).

Наличие фенолформальдегидной смолы обеспечивает при 200-220°С обволакивание зерен цирконового концентрата, карбида бора и фтористого натрия. Отверждение состава проходит при 350-420°С. За счет уротропина - катализатора отверждения - этот процесс ускоряется.

Химическая структурная формула фенолформальдегидной смолы ОН

СН2ОН

Химическая структурная формула уротропина (гексаметилентетрамина)

сн2

/СН2 СНЧ2

N

N

Указанные порошкообразные компоненты смешивают и засыпают в опоки на предварительно разогретые до 200-220°С металлические модели с последующим спеканием формы в печи при 410 ± 10°С.

При указанной температуре пульверба- келит обеспечивает связывание порошкообразных компонентов с образованием плотной литейной формы. Наличие в смеси циркового концентрата обеспечивает высокую термостойкость и прочность диффузионно-активного покрытия литейных форм.

При заливке жидкого металла (Т 1600°С) в песчано-глинистую форму предлагаемый состав диффузионно-активного покрытия не разрушается, обеспечивает получение качественного упрочненного слоя и качественной поверхности отливок.

Металлографическими исследованиями на микроскопе Неофот-2 и микротвердомере Дюримет выявлена структура упрочненного слоя, состоящая из боридной эвтектики с микротвердостью 724-882 HV. Твердость сердцевины (неупрочненного слоя) составляет 521-564 HV.

Оценка термостойкости покрытия.

Под термостойкостью понимают способность диффузионно-активного покрытия выдерживать воздействие высоких температур при заливке расплавленного металла. При этом покрытие не должно вступать во взаимодействие с расплавленным металлом и разрушаться. В случае взаимодействия диффузионно-активного покрытия с

расплавом происходит разрушение покрытия, попадание его компонентов в тело отливки, тем самым ухудшается качество поверхности-повышается шероховатость. В связи с изложенным термостойкость

диффузионно-активного покрытия известного и предлагаемого составов оценивают по шероховатости поверхности упрочненных отливок - лопаток дробеочистных агре- 0 гатов.

Шероховатость поверхности отливок излучают по средней (Ra) и максимальной (Rz) высоте неровностей. Базовая длина для оценки шероховатости поверхности состав- 5 ляет мм. Высоту неровностей поверхности определяют с помощью микроскопа ММР-2Р при увеличении 100х по специально приготовленному микрошлифу с точностью 50 мкм.

0 В таблице приведены результаты исследования шероховатости поверхности отливок, упрочненных в форме с различными . составами диффузионно-активного покрытия. Видно, что шероховатость поверхности 5 отливок, упрочненных в форме с использованием предлагаемого состава, составляет ,100-150 мкм (Ra) и 200-500 мм (Rz), в то время как при использовании известного состава шероховатость поверхности состав- 0 ляет соответственно 350 и 1000 мкм.

Из данных таблицы видно, что при упрочнении отливок с использованием извест- , ного состава толщина борированного слоя находится в пределах 0,36-0,47 мм, т.е. раз- 5 ница достигает 0,11 мм. При использовании предлагаемого состава для упрочнения разница между максимальной и минимальной толщинами упрочненного слоя не превышает 0,06 мм, что свидетельствует о получении 0 более равномерного (однородного) борированного слоя по конфигурации отливки.

Увеличение содержания цирконового концентрата до 90% снижает глубину упрочненного слоя, а уменьшение его до 50-60% 5 снижает термостойкость и прочность диффузионно-активного покрытия, что приводит к образованию раковин на поверхности отливок.

Оптимальное содержание связующего 0 компонента в смеси 5-10%. Снижение содержания пульвербакелита до 3% не обеспечивает качественной связки смеси, что резко снижает прочность формы и приводит к попадению цирконового концентрата в те- 5 ло отливки. Увеличение до 12-13% пульвербакелита в составе смеси приводит к ухудшению качества поверхности (наличие мелких раковин) упрочненного слоя отливки.

Пример. Проводят поверхностное насыщение отливок бором из предлагаемого состава диффузионно-активного покрытия песчано-глинистых литейных форм. Смесь диффузионно-активного покрытия готовят путем смешивания порошкообразных компонентов: карбида бора (ГОСТ 5744- 76), фтористого натрия (ГОСТ 4463-76), цирконового концентрата (ОСТ 48.82-81) и пульвербакелита (ОСТ 6-05-441-78). Полученной смесью слоем толщиной 3-5 мм покрывают предварительно разогретые до 200-220°С металлические модели. Окончательное заполнение опок проводят песча- но-глинистой смесью, состоящей из 97% цирконового концентрата и 3% пульвербакелита. Форму помещают в печь и проводят спекание смеси при 400-420°С в течение 25 мин. Форма подготовлена для получения литых деталей - лопаток дробеочистных агрегатов.

Проводят заливку в форму жидкой стали ЗХ5МФСИЛ следующего химического состава, %: С 0,27; Сп 4,5; Ni 0,82; Мп 0,82; SI 0,81; Мо 1,35; V 0,25, с температурой 1680°С. После кристаллизации и охлаждения получены качественная поверхность и упрочненный слой отливки.

0

Результаты анализов приведены в таблице.

Из данных таблицы видно, что предлагаемый способ диффузионно-активного покрытия является термостойким, и прочным, что позволяет получать качественный упрочненный слой и качественную поверхность отливок при литье в песчано-глинистые формы.

Формула изобретения Состав для борирования отливок из стали, преимущественно получаемых при литье в песчано-глинистые формы, включающий карбид бора, фтористый натрий, инертный наполнитель и связующее, отличающийся тем. что, с целью повышения термостойкости покрытия и улучшения его качества за счет снижения шероховатости поверхности и повышения однородности диффузионного слоя, он содержит, в качестве связующего пульвербакелит, а в качестве наполнителя - ортосиликат цикрония при следующем соотношении, мас.%: Карбид бора10-20

Фтористый натрий2-5

Ортосиликат циркония 65-80 Пульвербакелит5-10

Изобретение относится к составу для борирования стальных отливок. Цель изобретения - повышение термостойкости покрытия и улучшение его качества за счет снижения шероховатости поверхности и повышения однородности диффузионного слоя. Состав содержит следующие компоненты, мас.%: карбид бора 10-20; фтористый натрий/ 2-5; ортосиликат циркония 65-80; пульвербакелит 5-10. Это позволяет в несколько раз повысить качество покрытия. 1 табл.

Карбид Вора 40 Фтористый натрия5Железная

окалина 35 Жидкое стекло 20 Цнрконовыя концентрат - Пульвербакелит-Шероховатость нкк Rg/Ra

Качество по- Трудно верхкостн (на- удаляемый личие поверх- пригар ностньсх дефектов) Качество упрочненногослоя (однородность по

конфигурации л отливки)

20

68

13

1П

8

2U

65

10

80

77

18

69

1000/35П 35П/150 450/1MI 2ПП/1ПП 3MVI50 450/150 200/10П «50/150 500/150 - Раковины, трецикы, пригар на поверхьости отсутствует

0,47/0,36 0,42/ 0,41/ „, /0,37 /0.3S (0,11)(0,05) (0,ОЬ)

0,36/ 0,41/0.35 0,43/0,37 0,34/0,37 0,38/ 0,40/0,35

/0,30/0,34

(0,06) (П,06)(0,06)(0,03)(0,04) (0,05)

13

2U

18

65

80

77

69

8

10