автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка и исследование процессов борирования и боромеднения инструментальных сталей в виброкипящем слое

С7В Е.

Р Г ОРАЛЬСШЬ ГОСУДАРСТБ&ДОПтехшчшййдашыраггьт-уш

На правах рукописи

О У

олЛЛНДйН ¿ЬиЯ Александрович

РАЗРАБОТКА И ИССДВДРЬнНШ ПРОЦЕССОВ БОРИРОЬАНШ И БОРО-¿йаДНйНИп ИНСТРУ1ЙКНТАЛЬШХ СТАЛЕП В шзголшыфа СЛОЙ

1

Специальность 05.16.01 - Металлоь~т.ение и термическая

обработка металлов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1^93

Работа выполнена кя "Металловедение" и в ЬробленноГ,

лаборатории проктепоэнергетики Уральского государст'енк;гэ технического университета - УШ.

п"учн^Г> руководитель

Официсиькые оппоненты

Ведущее гредприят."0

- доктор технически наук, про^ессгр С.5.Грачев.

- доктор технических наук, профессор Б.Н.Гузаисв;

- кандидат технических наук, доцент А.А.Еуелъннов.

- ¡¿агнитсгорский иеткзко-кеталлургичесгиЯ завод.

Защита диссертации состоится от* 15 ч 00 кик на

заседании специализированного сонета К 063.14.02 лрк металлургическом факультете Уральского государственного технического унк-верситеть-УШ / 3-й учебный корпус, ауд. Ут-421 /.

Бал отзыв в одном экземпляре, скрепленной гербовой печатью, просим направлять по адресу: 620002, г.Екатеринбург, К-2, УПУ-УЯИ, ученому секретарю института, телефон 44-65-74.

Автореферат разослан " /2 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета//

К 063.14.02 доцент, к.т.н. А/ З.Н.Логкнор

ОБЩАЯ ХАРА;СГКР/1США РАБОТУ

Актуальность ге-уы. Развитие современной техники связано с еобходимостыо использования непрерывно повытаая'цихся рабочих темпе-атур, высоких и сложных нагрузок. В св^зи с повыта-1птся тре-оачния к долговечности и надежности деталей технологического обо-упования и инструыечта. Особое значение имеет проблема улучшения яу^ебных свойств штамповой оснастки. Одни.« из наиболее -><£фекти=-ых способов повышения срока службы штаыг.овой оснастки является овегхкостное борирование.

В настогнее время в нчшей стране и за рубеадм провидятся исслс-.оеания по разработке и использовании эффективных насычапщих сред 1 целью снижения темпере?уш и продолжительности процесса бориро-)ання. Однако вопросы, связанные с интенсификацией процессов бори-ювант, иссл« ~,ор-'Чы неполностью.

При диффузионном бориповэнии в порошковых средах ,гчя ускорения зроцессов химико-термической обработки наиболее перспективным явится использование псевдоожияенной среды, позволяющей снизить расход применяемых для химико-термической обработки реагентов, постоянно подводить активные частицы к нас^яемой поверхности и отводить продукты реакции от поверхности в.-убь слоя, поддерживать постоянную высокую концентрации насыщающего компонента на поверхности издетий. Однако повыпенная хрупкость боридных слоев железа, получаемых при диффузионном борировании, препятствует широкому использованию данного вида химико-термической обработки для упрочнения деталей, подвергающихся динамическим нагрузкам. Повышение пластичности боридных покрытий представляется возможным с использованием химических воздействий, в частности,с применением в качестве реагента нзеьгдзкгцей. смеси меди и её соединений, образующих в процессе борирования жвдкометаллические фазы, способствующие ускорению процессов адсорбции и диффузии атомов насыгцахгдих элементов вглубь основы изделий.

В св5зи с этим представлялось целесообразным исследование процессов берирования сталей и сплавов в псеядоожиженном слое с ис-потьзорэнием химических воздействий меди и её соединений. Реа^н:-« •»того вопроса д!я создания изделий с эысокоизносостойкими покрытиями представляет большой научный и практический интерес.

Цель габо-'j. Целью диссертационной работы «вляетсн разработка новых способов *ОрирОВПНИЯ В ВИбрОКИПЯЩеМ СЛ^е И C0CT2ÍQP 6op'."py*s-цих сред, позволяющих снизить те;?пературно-врсменные параметры химико-термической обработки и уменьшить хрупкость боридных покрытий

В связи с -*?им поставлена и решались следу*""лие задачи:

1. Разработать новые технологически приемлемые режимы борирога ния инструментальных сталей в виброкипя™ем слое.

2. Изучить влияние состага см°сей, условий борирования на толиу ну, строение и базовый состав боридных покрытий, полученных диффузионным насыщением в вибтгчскпящем слое.

3. Изучить влияние меди и ее соединений на процесс борирования, вводимых с цеть» повышения пластичности и улучшенич оксплуатцион:-;» свойств боридных покрытий.

4. Изучить ьлияние различгегх схем насыщения на процесс боромсд-нения с целью определения наиболее приемлем* технологических схем для практического применения.

5. Изучить кинетику роста, строение и разовый состав боридных слоев, полученных при различных схемах боромеднения в в'.'брокиппщем слое.

Научная новизна. Изучено влияние состава насилдаутдей смеси, те» псргтурно-временных ^кторов процессов борирорания и "еромеднения ¡ виброкиля";ем слое на кинетику' роста, фазовый состав, структуру и свойства боридных и борсуеднекчых покрыти".

Показано, ч^о ди-^узионный ело'*-при борир^вании и боромеднении образован борилами FeB и FegB, а также твердым раствором бор? в ж« лезе. Медь в большей степени влияет на увеличение то.~цины Fegb , «и FeB.

Показано, что увеличение в стели содержания углерода, в^ль^рам; хромо приводит к уменьшен;»« общей толщины диффузионного слоя и и?мс нению структуры "аридного слоя, заключающегося в измельчении к; и.ст; юв боридов. При боруровании и боромоднонии легированных сталей наблюдается частичная диффузия легиру**-;их элемен-ов стали,таких как хром, вольфрам, молибден,из основы в бор.кды »слеза. При *оромедн?н» ? составе боридэг железа наблюдается присутствие меди в копичеотр» 0,100 - 0(3IW;.

Изучено влияние меди и ее соединений на процесс бсрирсвьния в впброкипяг.ем слое. Показано пласти^ицкру.оцсе влияние м°ди. не cüci'c: в г. борианых покрытий, а так^е интенси^.ицируп'цее вликьие малых количеств ve™„n на образование боридных слоев на зех исслех"СМ! — стал.:>

Рассмотрены розмотю-'е реакции при ^ороме'¿нении и предложен ме-

■¡и.ом влияния мод)! нп процесс борироиания, ко■'■¡рч? предо-авляется к кюгсфчк-орны? п участием -вердг.тх, газовых и тидких фаз.

Пгяут:'."ес^а.1 ценность. Исследованы т^мпературно-временные речн-

^cpi'pcpoHHf и борог<"цненкя. Пока?«на их рлияние на иг'енснис тс-т-"И Д'^^'Ч^ОННОГО СЛОЯ При НЧСЬГ.';0!!!^'.

структур" и ссс^стг бэридчэс слоев, полученных на оли-:"'..тг унструиен?аль"ых стзл«?х. Установлено, ч*о нд!"большеЧ ич-Minim** боромоднен^ке покрыти». На это? еснояе рзз-рекомендации по выберу оптимальных режимов боромеднения стгумен-альиых стилей в виброкипгс.ем слое. Разработаны схемы по -дсв-тельного насыщения поверхности стэле" сначала медью, а т?<»м ром, - таюке ore;.'.: одновременного двустадиРного процесса бАром°д-•ния, з'КТ'очзя'дсгеся я нагреве до -емпературц 450°С с выдержкой )й "»тс™ температуре 10 минут, а затем :-агреве до температур бориро-:ния. Проведен* сценка микрохрупкости боридкых слоев, полученных w разных схемах несьпдения. Боромеднение по сравнению с борирова-¡ем,несколько поникая твердость борвдов FeB с 2000С до 1б000л11а Fe^B с 16000 до 12000».51а, уменьшает микрохрупкость беридных юеэ о 1,0-2 раза.

Технологии диффузионного боромеднения инструментальных сталей в {брокягч^ем слое внедрены на совместном Российско-Германском пред-ж°ткл "Метиз" и я акционерном строительно-производственном обгеди-гкии "Инициатива" г.Магнитогорска. Применение предлагаемой химико-эрмической обработки позволяет сократить время процесса борировэния 1,5-2 раза по сравнения с традиционно применяемым борированием и озволяет увеличить срок службы деталей штамповой оснастки в 2-3 ра-а.-

Апроб?'?ия ряботы. Основное полотения диссертационной работы до-о^ены н° научно-техническом спминяре"Структура и свопства легирс-£HHsdc сталей" /г.Киев, 1932п/; на научно-технической конференции Комплексные методы повышения надежности и долговечности деталей "хнологи'^ссго оборудования" /г.Пенза, 1992п/; на 24 семинаре по .иффузиочному насьгс;ени"з и з*>:цитиъ1М покрытиям /г.Киев, 1992г/.

П.уЧ*икании. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, по-учек~ В положительных ропежш на вмдачу патента России.

Объем га^отн. Диссертация состой™ из введения, пяти глав, "сков-гых выводов и приложения. Работа излотена на 209 страницах малине-¡исного текста, содерчкт 90 рисунков, 12 -аблиц и библиографический лисок из 120 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕПгЛНИК РАБОТЫ ■ ' •

Во введении «-бсечовона актуальность те».".: лисеер-ационнэй pa6i

сформулирована цель работ1.:, о х ар а кт ер из о в а ч новизне и практ; mfckci.r счччимэсть р^ультчтов.

Б перст г глогя представлен ^бзо, имеч-д'/хсг. е читерг.турс г. > способам борировачия, 5 таюг.е проведен анализ суд^з-гукгдих ме: юв интенсификации процесса б^рирования.

Анализ литературных данных покат;-:, что для интенсификации п<г цесса борирован)*я и уменьшения хрупкости *сркдных сюев наиботее спекти»ным является метод, основанный на изменении химического с: ва нссыщаю'^е!1 смеси при «ведении ? нее :<рдн и соединений. Cz ко сведения с закономерностях формирования, свойствах, структуре фузионных слоев, голученн1:* ■ ^аких cvec^x, >,едоотгт'>чко полны и дгтся р г,атьне'1шиг исследованиях. Имеется лиаь незначительные и противоречивые сведения об оксптуетациэниих свлГ'ствах боридных сл Отсутс~вугт сведения о совмещении нескольких ?.:е~сдов кнтенсификац: процесса борирования в одновременно протекающий процесс нас^гцения связи с этим было предложено проводить процесс борирсванпя в вибр( кипящем слое с добавлением в насычакгуп смесь меди у. ее соединение

Во второ" г>шве дана хярэктерис-ика материалов, ислольэуемьа j работе, описаны методики исследования.

Исследование механизма,' кинетики формирования к свойств борид' слоев выполнено на ярмко-телезе, сталсх Ст.-¿5, 40Х, ХБГ, HXI5, XIÜ Химический состев иссдедуемя марок сталей приведен г таблице.

Процесс диффузионного насьгдения прсвсд'.г::? в кигь^агдкх смесдх на основе технического карбида бора В^С, пор^пков меди у. ее соединений, хлористого аммония и тетрафторбората натрия, а тгкт.е корунд на специальной установке, позволяющей создавать Бибрскип^ций елей. Насыщение проводили при температуре 650-1С00°С в течение "0-120 ми

Микроструктуру и химический состав стали с беридны^и покрытиям исследовали методами качественной и количественной м»?£1логрд*ик к микроскопе " A/BüphotJg" и мккрорентгеиосг:ектралькпм зидлиэтт© SUPER - PRD&E-JCXA -752й. "

РентгеноструктурньЛ акали.1» проводили н°. "Л'фрзктсметро ДРОВ-'' в кобальтовом излучении. Мигротвердоо-ь и микрохрупкесть мкергли на приборе IBfT-S.

Изкосостойкос-ъ борировгнных к *орсм*\дчетсос сталей исследовал} при тренки качения с проскальзыванием на мяги.че "ипй СМЦ-2. Б ка-

Таблица

ХямическиЗ состав исследованных сталеЯ

Марка Содержание элементов, мас.^

стали

Ст. ¿5 0,44 0,26 0,69 0,11 -

У8 0,78 0,21 0,19 - -

4СХ 0,42 0,20 0,50 0,95 -

Ш5 0,90 0,22 0,30 1,43 -

ХБГ 1,02 0,32 0,94 1,15 1,35 -

XI2Ü 1,52 0,34 0,32 12,3 0,56

Иримвчоние. Оаерт.пнме ост^чьтс. -элементов а соответствии о ГОСТ lObO-eö, I430-7Ö, 4543-71, Ü0I-7Ö, 5950-73.

честве контртела использовали диск из сплава В;{2. Износ определи весовым методом через коадые ЬООм пробега.

Жаростойкость боридных покрытий определяй на установке "ЮОГГ!" позволяющей непрерывно фиксировать иэменг-ние массы образцов в процессе их нагрева и изотермической выдержки.

Процессу борирования и боромеднения в виброкип. ;ем слое проводили при предварительном вакуумировании рабочего пространств« реторты до -0,Эатм. .

Экспериментальные данные обрабатывались с помоа-'-в статистически методов регрессионного анализа на 1ВМ РС/АТ.

В третьей паве "Борировзние инструментальных сталей в вибро-киго-.цем слое" описаны исследования структуры, химического и фазового состава диффузионных слоев после различных режимов обработки в виброкипяцем слое. Приведены результаты исследования кинетики ди<* фузнанного борирования инструментальных сталей, а тякяе свойства б с ридных покрытий.

Количество карбида бора В^С, вводимого в насыщающую смесь, опре деляется рет.имем-1 химико-термической обработки. Но исходя из полученных результатов, количество карбида бора в смеси необходимо ограничивать, так как при содержании его в смеси более 20 тоЛ понижается технологичность процесса борирования из-за слвкания насыщающей смеси и ухудшения качества обработачнсР поверхности. При проведении процесса борирования в виброкипящем слое при температурах 850-1000°С рациональны»" следует считать содержание карбида бора в смеси в количестве 10-15 мас.#.

В процессе нагрева насыщающей смеси до температур борирования 850-1000сС в рабочем пространстве наблюдалось першение давления от -0,9 до 0,5гтм., что свидетельствовало о наличии газообразных фаз в насыщающей смеси.

Диффузионные слои борированннх. сталей состоят из 6о;.'соб желез РеВ и Ре^З, а также из зоны «С-твердого раствора бора в железе. '•Ыкротверадсть борида РеВ составляв 1в000-20000.'£1а, а йоридп Ре->В МООЭ-16000Ша.

С увеличением легирования исследуемых марок статей наблюдается образование боридов железа с меньзеГ разветвленностъп кристаллов.

Яо сравнений с традиционно пр-оводимым вотированием бериров:.-ние в виброкипящем слое сокращает продолжительность процесса носы-в 2-3 раза. Однако показатель хрупкости боридов железа РеВ л не изменяет своего значения и составляет 0,06-0,1.

В четвертоР главе "Диффузионное меднение инструментальных сте-;й е внброкипяуем слое приводятся результаты исследования струк-

и кинетики диффузионного меднения инструментальных сталей в '.брокипяцем слое, проведенного с целью получения качественных ыед-к слоеэ на поверхности исследуемых сталей, в дальнейшем необхо.ди-••х для проведения процесса боромеднения в виброкипя^ем слое.

В качестве медьсодержащего компонента использовались пороаок ■ эди и пороаок окиси меди. Определено, что использование в кзчест-г медьсодержащего компонента порошка меди нецелесообразно из-за 'разевания пористого слоя меди на поверхности исследуемых сталей, ри содержании порошка меди в насыщающей смеси I мас.^ качество мед-згс слоя на поверхности исследуемых сталей несколько улучшается, днако не удается устранить налипание частичек меди на поверхности лея, образующих пористость покрытия. При использовании в качестве гдьсодержащего компонента окиси меди на поверхности обрабаты-эемос изделий образуется плотный качественный медный слой. Однако сходя из полученных результатов количество окиси меди в нчсыцао-е.1 смеси необходимо ограничивать, так как при содержании окиси мей в смеси более 5 мас.З наблюдается уху,диенке качества обрзботан-ой поверхности. Для получения качественных медных слоев на поэерх-остк изделий рациональным содержанием окис:: меди в смеси следует читать ке более 4 мае.*. Определено, что восстановление меди из киси мзди происходит при температура;. 350-450°С в присутствии ак-ивэтора хлористого ам?.:эния/>#4£/в количестве 0,05 мае.". При тем-ературзх меднения 350—150сС наблюдайся попыгение давления в ваку-уирэванной камер« насыщения с -0,9 до 0,2атм, что свидетельст-. ует о присутствии в рабочем пространстве газообразных фаз. Уста-евлеко, что для получения качественных медных слоев на поверхности чередованных сталей при температурах 350-450°С необходимо ос'у-¡ествтять изотермическую выдержку в течение 10-15 мин.

В иг то" гла^е "Боромеднение инструментальных сталей в виброки-1ящем слое" приз едены результаты исследования структуры, хими-¡еского и фазового составов, кинетики боромеднения инструментальных :талей в виброкипящем слое, а также свойства боромедненных покры-■ий. Определены рациональные составы насыщающих смесей на основами исследований влияния состава смесей и условий насыщения на толщу, микротвердость, микрохрупкость и фазовый состав, получаемых диффузионных слоев.

Благодаря особенностям хикико-термичесгой обработка с примене-

.•¡/ом виброкипящего слоя, заключающегося в интенсивной перемешивании компонентов псевдоожиженного слоя, постоянном подводе активных ч»ст к насыщаемой поверхности и отводе продуктов реакций от поверхности н-.сыщаекых изделий вглубь кипящего слоя, поддержании постоянной высокой концентрации насыщающего компонента на поверхности, издетий, состав насыщающей сре.ды значительно отличается от составов сред, применяемых при обычном боромеднении.

¡■Сак показали предварительные иес1едования, при ®ыборе с качестве насыщающего компонента карбида ^ора рго содержание в насьгз;»?: щей среде может быть уменьшено до 15 мае." по сравнению с 95 мзс.^ при обычном боромеднении. В качество активаторов были применены добавки хюристого аммония и тетрчфтор^орэтя на~ркя Л'а&г^ в количестве 0,05 и 0,1 мчс.? соответственно.

При осуществлении процесса боромеднения инструментальных стапей в Биброкипащем слое проводили предваритатьное вакуумирование рабочего пространства до -0,9атк.

Для осуществления процесса боромеднения в насыщьющуп смесь вводили порошок окиси меди. При нагреве насыщающей смеси до температур борирования вЬ0-1СЮ0°С в цасыщлющей среде проходят различные реакции, обуславливающие протекание процессов диффузии. Анятиз литературных данных показывает возможность протекания следующих реакций: 2СиО-<- 2ЩСВ — ЩГ+ 2 Си.

УСУЗ^ — ЗгГ ^

- - СЦ, / 3ЧС +2Р2-*-гн2 — г / V £00-я>жс ■ зЗСС Иг — / +

З&Р —

Образование в насыщающей среде фаз Е>Р и &Е£ сопровождается повышением давления с -0,9 * до 0,взтм, причеу повышение давления в рабочем пространстве фиксировалось в интервалах температур 360-150°С,соответствующее образованию фаз С£г- - Данный фак- является доказательством правильности приведенных химических реакций. Не исключено образование гидкометатличеекгас фаз, обусловленных реак-цияыи Си — Сс,СЕ(к) /ояз'с

Ь, + - СиРс^о

Таким образом, механизм процесса насыщения поверхности исследу-кх сталей бором и медью лредставллется достаточно сложным и мот бить одновременно газофазным с участием ВС,1 и ВР, а также дкофазк-м, при котором диффузия бора осуществляется через жидкую осдойку соединений меди. Также не исключается роль.твердофазного рироэания с непосредственны!' участием карбида бора. Выделить премирующую рель какого-либо из факторов не представлялось возможны!-.

Больной объём полученных данных по кинетике процессов боромеане-;я пок:зал, что применение виброкипядего слоя позволяет значитель-| сократить общее время химико-термической обработки по сравнению обычкъал боромеднениеы, а такхе борированиеы в виброкипящем слое. :ходя из общих закономерностей применения виброкипящего слоя э на-ютве среды при химико-термической обработке следует указать, что ¡м меньше необходимая толщина диффузионного слоя, тем бсльсе оф-¡кт применения виброхипдщего слоя. При толщинах боридного слоя ,1-0,25 мкм, сб1"-:ко выбираемых для борирования изделий, время бо-)медкения сокращается в 2-3 раза по сравнению с обычным боромецне-!ем.

В связи с тем, что боркдные слои, полученные на исследуемых ста-•х обладали пзчкаенной хрупкостью, основное внимание в работе было юленз разработке и исследовании процесса беромеднения в виброки-:.щем слсе.

Изучение раз-личных схем боромедг»нин в виброкипящем слое, вклю-зющих последовательное и одновременное насыщение поверхности иссле-,гемых сталей медью к бором с использованием в качестве компонентов, эдергащкх медь, перошка чистой меди и окиси меди СиО, показало ,что пнмечечие в качестве медьсодержащего компонента порошка чисто" гс-•.'. но при?од::~ к образованию качественных покрытий. В этом случао аридные покрытия имеэт значительную пористость и низкие зкеплуа-ационные свойства.

При разработке процесса одновременного боромедиония в виброки-гдем слое наиболее рациональным является проведение двустадий--эго касыдения,во время которого при нагреве сначала производится ¿дерзка при 450°С с восстановлением меди из оккси меди на поворх-зсти исследуемых сталей к дальнейший нагрев до температур 850-1000 С, ри которых происходит собственно борировэнио. Наиболее присше-ой схемой насыщения является проведение одновременного боромед-ения в среде,в которую добавляется окись меди СиО наряду с обыч-

компонентами, вводимыми для борирования. При зтом бьпо показано, что окись меди СиС может сказывать не только пластифицирующее, но и интенсифицирующее действие. Интенсифицирующее влияние о си меди СиО на процессы боромеднения наблюдаете.', при содержании окиси меди в смеси 0,0Ь мае.:*. По-видимому,интенсифицирующее влияние мед:». на процессы борирования мо'кет быть евлзаче с ■ '¡разеванием жидкофазных прослоек на границе изделий вследствие протекани?

^"РКЦИй*

' Ссс ~сег— Сс*С£(м:) Т- - /о£5 2?

¿^ * Гг — СыР/ъс, Т-Гчт-'ог^с Си. + —

Увеличение толщины жидкох'етяллической фазы на поверхности изделий нежелательно вследствие затруднения диффузии из-за снижен! скорости борирэвання, что наблюдается при содержании окиси меди 1 смеси более 0,1 мас.%.

Влияние меди на процессы образования боридкых.слоев не связ?.' ко с изменением фазового состава борвдиых слоев. При последовате. ном и одновременном боромеднении в виброкипяаем слое диффузизнны слой состоит из ГеВ и Ре^В, а также «¿-твердого раствора.

При боромеднен::и наблюдается некоторое снижение поверхностно твердости борированнкх изделий. Как покапывают экспериментальные данные,в боридах железа ГеВ и Ре^ наблюдается частичное раство рекие меди, что приводит к изменению параметров кристаллической решетки, и связанное с этим изменение свойств- Растворение меди в боридах железа приводит к снижении твердости, причем изменение твердости не одинаково и составляет- для РеВ 15000-160001^12 и тля Ге£В 12000-1-ЮООМПа.

Некоторое уменьшение твердости боромеднекных слоев в достчтс ной степени компенсируется увеличением пластичности, Косвенны'» г. тод определения пластичности боркдных фаз ГеВ и Ре^В показа.- ук< сену.е показателя хрупкости ^ при боромеднении по сравнению с бс рированием для РеВ в 2-3 раза, а для ГеВ-в 1,2-1,5 разг. Такое влияние гёди на свойства боридов железа можно объяснить частичт "разрыхлением" кристаллической решетки и связанным с этим уггены нием сил связи атомов. Указанное обстоятельство может служить щ ной повышенной скорости диффузии атомов бора, проникающего чере; "разрыхленную" решетку.

Увеличение пластичности борвдов желе-л обуславливает кх мен: шую хрупкость, что в конечном счете приводит к увеличение износ

кости. Результаты измерений износостойкости показали, что на ях ХВГ и Х12М износостойкость возрастает в 1,2-1,5 раза по нению с обычным борированием.

1едь также изменяет соотношение б ори, до в в общем диффузионном Наблюдается относительное увеличение толщины Г^В в общем '•узионном слое, обусловленное влиянием меди, в среднем в 1,5 рз-

Химический состав сталей оказываем больсое влияние на кинетику пования и структуру диффузионных слоев, образующихся при боро-чении. Погашение содержания углерода и легирующих элементов. водит к замещению процессов борирования. В порядке уменьшения дины боридных покрытий па исследуемых стилях можно стали распо-ить в следующей последовательности: армко-желеээ, Ст.-15, 40Х, 5, ХВГ, XI2М. Ото обусловлено известным замедляющим дейс-рисм ерода и легирующих элементов на диффузию бора. Анализ структурообразования при боромеднении показал, что леги-ание стилей приводит к измельчению боридных кристаллов. Следует ответить, что проведенные исследования показали не толь-растворение меди в боридах железа, но и встречную диффузию леги-:щ:эс элементов из матрицы. Методом микрорентгеноспектрального >лиза было показано наличие в боридах железа сталей ХВГ и XI21/1 эма, вольфрама и меди в количестве РеВ 0,210, 0,540, 0,356 и

0,880, 0,793, 0,270 мае.!? соответственно. Возможно, что это зто.^тельство является дополнительным фактором, влияющим на свсйст-бе4/.*п;гтх покрытий и кинетику их роста. Выполменны'' регресс/окный анализ, при котором были испольоопаны кторы: температура / Хт /, время насыщения / Х2 / и содержание иси меди в насыщающей смеси / Хд /, позволил составить уравнения грессиончой зависимости:

С-. 4Г- ГеЗ У=1 -4,4+2, ЭХ^,1Х2-1,13Х3*2,13Х1Х2;

Ге^ У=34,1+6,2ХГ6, 1Х2-4,8Х3^1 ,8ХТХ2+1 ,13X^+1 ,в9Х2Х3--1,6Х?-3,4Х§+1,6Х§ ;

ХВГ ГеЗ У=: 0,4+2, 9X^3, ¿Х2-0, 9Хд+0, 9X^-0, УХХ Х3-1, 05Х2::л ; . ?е2В У-24,1-7,ЗХт2Х2-1,9Х3+1,бХ1Х3-1,6Х][Х2-2,1Х2Х3+ +1,4X^-1,ЗХ^-1,ЗХ§ .

Наиболее сильное влияние изменение толщины боридных фаз

и Г^В оказывают температура и время насыщения. Оптимальным содеря нием окиси меди было определено 0,048 мас.^, при котором каблпдает ся максимальное увеличение толщины борздных (фаз ГеВ к Ге2В в иссл< дованных температурно-временных диапазонах.

Разработанные.режимы насыщения в виброкипящем слое были опробс ваны в промышленных условиях на предприятиях: совместного Российа Германского предприятия "Меткз" и акционерного строительно-производственного объединения "Инициатива" г.и^гнитогорск»». Результат» испытаний показали, что -время насыщения изделий при химико-термической обработке в виброкипящем слое сокращается в 2—3 раза по ср.-нению с обычным борированием, а качество боркдчых покрытий, оцениваемое по скалыванию боридных слоев, повышается в 2 - 2,Ь раза.

По результатам работы по боромечнения с использованием вкброк! пящего слоя получены полоаителькые решения ВЖИГОЭ на выдачу пате.1 тов России:

!?5009292/02/075403 от 12.II.91, №5012874/02/076856 от 21.11.91, £5015292/02/078238 от 2.12.91, №5016863/02/080ий9 от 18.12.91, ?Р5017991/02/081264 от 23.12.91, №5029227/02/009508 от 2о.02.92, №5029228/02/009509 от 25.02.92, »5030386/02/010640 от 3.03.92.

ОБЩИЕ вывода

1. Исследованы процессы борирования и боромеднения на углерод! тых и инструментальных сталях Ст.45, 40Х, ШХ15, ХВГ и XI2М с прим« нением виброкипящего слоя.

2. Использование в качестве насыща»лпей смеси виброкилчщего слс позволяет сократить время насыщения в среднем в 2-3 раза по сравнению с обычным борированием.

3. Предложено для процесса борирования в виброкипящем алое пр1 менять насыщающую смесь, состоящую из карбида бора ВХ, хлористогс аммония УН^а , тетрафторбората натрия /УаЪК, и корунда />£г°з .

Показано, что оптимальное содержание карбида бора в насыща* де1*' смеси при борировании и боромеднении в виброкипящем слое сост;

ляет 15 мас.Г^. Дальнейшее повышение содержания карбида бора 5 нпгггдаюзеЯ смеси приводит к ухудшению оксалуэтзционнше свойств

Зоридных и боромедненных покрытий.

5. Изучена процессы борирования и боромеднения инструментальных сталей б виброкипящем слое в интервале температур 850-Ю00°С

я времени выдержки 30-120 минут. Зависимость изменения толщин бо-ркдных V. бо;.омедненных покрытий от температуры насыщения подчиняется экспоненциальной зависимости, я от времени насыщения - парабо-1ической зависимости.

6. Исследованы различные схемы боромеднения инструментальных ¡татей в виброкипяцем слое с использованием в качестве медьсодержа-;'.1.г компонентов поропков чистой меди я окиси меди. Показано, что :римен°ние в качестве медьсодержащего компонента порошка чистой ке-\'л нецелесообразно из-за низкого качества получаемых боромедненных ¡окрытий.Показано, что введение в насыщавшую смесь в качестве медь-:одержзщего компонента окиси меди оказывает интенсифицирующее и ластифицируящез действие на рост и свойства боридов железа. Оптимальное содержание окиси м-гди СиО в смеси составляет 0,05 ыас.%.

7. ¡.¡оказано, что наиболее высокое качество боромедненных покры-ий при насыщении в виброкиплщем слое достигается при двустадийном роцеоое боромеднения, заключающегося в нагреве насыщающей среда до емпергтуры 450°С с выдержкой при этой температуре з течение- 10 мнут и дальнейшем нагреве насыщающей смеси до температур борирования 50-1000°С.

о. Изучено с-руктурообразование боридных слоев при борнровании борокедненки инст руме нт а л ь кг/ сталей в виброкгаящем слое и пока-ч~о увеличение легирования сталей изменяет строение боридных -•з, заключающееся з измельчении кристаллов фаз РеВ и Ро£В и умекь-1ну.'л их разве?вте::ности. Показано, что ;гзс"лчениг легирования инст-р'п^мг. сталей приводит к укепьпению толщины "оридных слоев ри борирозании и бзромеднении в виброкипящем слое при всех режимах :сыщения.

9. Показано, что при боромеднения инструментальных сталей в {брокипящем слое наблюдается растворение меди в боридах железэ :3 и Ре£В, а также рстворение легирующих элементов, таких как :ом, вольфрам, молибден,в случае проведения боромеднения на ста-пс 40Х, ХВГ, Х12У.

10. Показано, что боромеднение по сравнению с борированием при-

v.t к уменьшению твердости боридов' железа Toa с 20000'до lóOOO^Ia Ь с .16000 до I'iOOOrtlila, а также к уменьшению показателя хрупкос-

tiorumoB ГеВ с 0,06 до 0,03 и Fc^B с 0,0-i до 0,03. При чтом иэносо-■-ойкость при абразивном изнашивании увеличивается в 1,2-1,5 раза.

11. Проведены опытно-промышленные испытания процесса боромеднения инструментальных сталей в виброкипя.щем слое на предприятиях Cil"Метил" и дСПСИнициятива" г..Магнитогорска, показавшие уменьшение времени насыщения в 2-3 рази по сравнению с традиционно проводимым борированием и повышение стойкости инструмента в 2-2,Ь раза.

12. На способы боромеднения в виброкип.чщеи слое и составы для бор>. меднения в виброкшшцем слое.получено Ö положительных реиениЯ на выдачу патентов России.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. оорирование легированных сталей в псевдоожиженном слое/А.С.За-варов, А.С.Колпаков, Н.В.Мысик, ß.А.Баландин // Тезисы докладов семинара "Структура и свойства легированных сталей". Лиев, 1992. С.29,

2.Грачев C.B., Завзров A.C., Баландин Ю.А. Боромеднение как спос упрочнения деталей технологического оборудования // Тезисы докладов НТК "Комплексные методы повыаения надежности и долговечности детачей технологического оборудования". Пенза, 1992. С.15-16.

3. Баландин Ю.А., Грачев C.B., Колпаков A.C. оорирование и боромеднение стальных изделий в псевдоожиженном слое // Ua?. 21-го семинс ра по диффузионному насыщению и защитным покрытиям "Новые материалы v технологии для. создания ианосо- и коррозионностойккх покрытий в мапи-нос-роении". Киев, 1992. С.12.

4. Грачев C.B., Баландин Ю.А., Колпаков A.C. Влияние меди на npoi образования и свойства боромедненных покрытий на сталях / Урал, политехи. им. Екатеринбург, 1992. 17с. Дел. в Чермегинфсруации 30.05.92, № 5676.

5. Баландин Ю.А.' Боромеднение поверхности стальных издачкй в виб. кипящем слое / Урал, политех, ин. Екатеринбург, 1992, ôc. Деп. в Черметинформации 20.10.92, № 5901.

6. Грачев C.B., Колпаков Л.С., Баландин Ю.А. Боромеднение дорыд сталей в виброкилящем слое / Урал, политех, ин. Екатерин-

№3. ее. Деп. в Черметинформации 10.03.93, № 6015.

7. Положит'' лькое решение ВНИИГ11Э на выдачу патента i<LÜ1 С23С

). Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипяцом слое В.Грачев, А.С.Заваров, A.C.Колпаков, Ю.А.Баландин /Россия/. )л. I2.II.9I; !'5009292/02/075403/.

<3. Положительное решение ВНИИП1Э на выдачу патента Mi ¡И С23С ). Способ борт'еднения стальных изделий в виброкипящем слге .В.Грачев, А.С.Заваров, A.C.Колпаков, ¿0.4.Баландин /России/, вл. 21.II.91; ."5012874/02/076856/.

ц

9. Положительное решение ВНЖГЛЭ на выдачу патнта 'mW С23С Э. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкИплщем сие .Б.Грачев, А.С.Заваров, Л.С.Колпаков, Ю.Л.Билтчин /Росси}-/. вл. 2.12.'Л; .V5015292/02/07У238/.

к

10. Положительное решение ЫШП13 на выдачу патента ¡Ш С23С 0. Состав дли боромеднения стальных изделий в псевдоожиденном

е / С.В.Грачев, А.С.Заваров, A.C.Колпаков, Ю.А.Баландин /Росси:./. вл. Id.12.91; roOI6af33/02/060889/.

с

11. Положительное решение ВИИИГИЭ на вгчзчу патента МКИ С23С '0. Состав для боромеднения стальных изделий в виброкипящем слое ¡.В.Грачев, A.C.Колпаков, Ю.А.Баландин /Россия/; Заивл. 23.12.91; >17991/02/081264/.

5

12. Положительное решение ВНИИГай на выдачу патента МКИ С23С Ю, Состав длп боромеднения стальных изделий в виброкипядем слое З.В.Грачев, А.С.Котпчков, Ю.А.Баландин /Россия/. Заявл.25.02.92; )29227/02/00УЬ0ь/. ;

13. Положительное резение ВНИИГПЭ на выдачу патента UKW** С23С 70. Способ боромедненид стальных изделий в зиброкип.-.щем слое .В.Грачев, А.С.Колппков, Ю.А.Баландин /Россия/, Заявл.25.02.92;

- 1В -

ч

14. Положительное решение ВНИИГИЗ на выдачу патента МлИ С 10/36. Способ диффузионного меднения изделий из сплавов на ссн железа в виброкипящем слое / С.В.Грачев, А.С.полпаков, Ю.А.Ьал / Россия /. Заявл.03.03.92; № ЬОЗОЗоб/02/010640/.

Подписано в печать 14.12.93 Формат 6СЬс84 I/

Бумага Плоская печать . Усл.п.л. I,.

Уч.-азд.л. 1,00 Тираж 100 Заказ 742 Еесплат]

Редакщюнно-из.цательсккй отдел УТТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, УГТУ-УШ, 8-й учебный корпус Ротапринт УГТУ-УШ. 620002, Екатеринбург, УГГУ-УЛИ, 8-й уч.кори;