Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | ||
|
Дієвим способом підвищення зносостійкості є також насичення поверхні стальних виробів металами і неметалами – хромом, титаном, бором і інші. Насичення може проводитися в твердих, рідких і газоподібних середовищах. Найбільш просте насичення в твердих порошкових сумішах або пастах, приготовлених на основі цих порошків. Порошкові суміші включають в собі насичуючий метал або його феросплави, нейтральний наповнювач (розчинник) – шамот, глинозем і активатори – галоїди аміачних солей NH4Cl, NH4I, що володіють високою летючістю. Вироби упаковуються в герметичні контейнери з таким порошком. Процес, в залежності від насичуючого металу, протікає при різних температурах (950…12000С). Зміцнення виникає в результаті безпосереднього контакту частинок порошку або парів металу з поверхнею виробу або утворення проміжних летючих хлористих (йодистих) сполук, які розкладаються на насичуваній поверхні з виділенням атомів металу.
При здійснені дифузійної металізації в газовій фазі окремо готується газ, що містить хлористі сполуки насичуючого металу, яке розкладається на поверхні виробу з виділенням металу в атомарному виді.
Дифузійна металізація в рідких середовищах здійснюється в ваннах розплавленого насичуючого металу.
Хромування – дифузійне насичення поверхні стальних виробів хромом. Обробка дає значне підвищення зносостійкості, корозійної стійкості і жароміцності. Підвищення зносостійкості зв’язане з утворенням в поверхневих шарах твердих карбідів хрому Cr23C6, Cr7C3 (рисунок 3.8).
Рисунок 3.8 – Будова хромованого шару для різних сталей: 1 – сталь з 0,2% С; 2 – сталь з 0,45% С; 3 – сталь з 1% С; а – карбідна зона; б – перехідна зона (К+Ф); в – обезвуглецьована зона; г – основний метал |
В сталях з недостатньою кількістю вуглецю при хромуванні утворюється підшар - м’яка обезвуглецьована зона (вуглець з якої витратився для зв’язування хрому в карбіди), через наявність якої шар може продавлюватися. Тому хромувати потрібно високовуглецеві сталі.
Парофазове хромування проводиться в парах хрому, які отримуються або окремо, або випаровуванням хрому в тому ж середовищі, де знаходиться виріб. Для утворення парів хрому потрібно більш висока температура: 1100…1200 0С. Для активізації випаровування хрому інколи використовують вакуум 10-3 мм рт.ст.
Газове хромування може бути контактним – газ утворюється в порошковидній суміші, куди упаковано виріб. Суміші містять порошки Cr 60…65% (або Fe-Cr), Al2O3 – 30…37% і NH4Cl 3…5%. В процесі хромування утворюється сполука CrCl2, з якої на поверхні сталі виділяється атомарний Сr:
CrCl2+Fe® FeCl2+Cr. (3.9)
При неконтактному хромуванні в простір з виробами подається готовий газ CrCl2.
Рідке хромування проводять в ваннах 70% ВаCl2+30%NaCl з добавкою 20…25% від ваги суміші ферохрому.
Режим хромування і глибина шару представлені на рисунку 3.9.
Твердість хромованого шару становить 15000 МПа і більше. Вміст хрому на поверхні – 70 %.
Титанування – насичення поверхні титаном – дає підвищення зносостійкості в результаті утворення в шарі карбідів титану ТіС. Тому титануванню доцільно піддавати високовуглецеві сталі або проводити титанування цементованого шару (одночасне насичення титаном і вуглецем). Твердість титанового шару досягає HV 2000…2700.
Титанування в порошкових сумішах здійснюють при 11500С в суміші 75% низьковуглецевого Fe-Ti, 15% CaF2, 4% NaF, 6% NaCl. За 6 годин на сталі з 0,3% С отримують шар 0,03…0,05 мм. Вміст титану в шарі – до 80%, будова шару - таке ж, як і хромованого. Процес іде через утворення сполуки ТіF2.
Титанування в вакуумних печах (парофазових) здійснюється при 900…10500C і тиску 10-2…10-3 мм рт.ст.
В камері розміщують титан у виді губки і оброблюваний виріб.
Товщина шару на сталі 45 за 16 годин при 10500С – 0,08 мм.
Борування в порівнянні з хромуванням і титануванням має ту перевагу, що при високій твердості дифузійного шару – біля HV 2000, швидкість процесу більша, оскільки бор створює розчин впровадження.
Рисунок 3.9– Товщина шару на сталях 40 і У8 при різних умовах хромування |
В системі Fe-В при 17%-му вмісті бору присутня евтектика Fe - Fe2В, при 32% бору – борид Fe2В (HV-1400) і при 50% в - борид FeВ (HV-2000). Це забезпечує дуже велику зносостійкість борованих виробів. Бориди стійкі при нагріві: FeВ – до 8000С, а Fe2В-до 10000С, що дуже важливо для умов тертя, де контактуючі пари нагріваються. В боридах розчиняються Cr і Mn, підвищуючи їх твердість до 3000 і 2400 HV відповідно. Будову шару представлено на рисунку 3.10, а характеристики процесу – в таблиці 3.6 і 3.7.
Рисунок 3.10 – Будова борованого шару на сталі: 1 – борид FeB; 2 – борид Fe2B; 3 – розчин B в a Fe; 4 – шар відтісненого вуглецю; 5 – основний метал |
Таблиця 3.6 – Борування в порошках при 9000С
Борування в порошках при 9000с | |||
Суміш | Склад сумішей, % | ||
В аморфний | Na2B4O7 | KBF4 | |
А | - | ||
Б | |||
В |
Таблиця 3.7 – Характеристики борованого шару на сталі 40Х
Характеристика шару на сталі 40Х | |||||
Суміш | Час, год | Глибина фаз, мкм | Твердість, HV | ||
Fе2B | FeB | Fe2B | FeB | ||
А | 40-50 | 1490-1665 | 1830-1980 1830-1980 | ||
Б | 80-90 90-100 | 40-50 50-60 | 1490-1665 1490-1665 | 1830-1980 | |
В | 80-90 100-110 | 50-60 | 1490-1665 | 1830-1980 |
Борування в порошкових сумішах з нагрівом СВЧ дозволяє здійснити місцеве борування. Схема процесу представлена на рисунку 3.11.
Рисунок 3.11– Схама борування в порошку з індукційним нагрівом: 1 – виріб; 2 – керамічний контейнер; 3 – порошок; 4 - індуктор |
Суміш для борування складається з карбіду бору і активаторів NaF i NH4Cl. Кінетика процесу борування приведена на рисунку 3.12.
Локальне зміцнення поверхонь здійснюється боруванням деталей із паст. Склади паст: 1) 50…55% В4С+ 45…50% Na3AlF6; 2) 84% В4С+ 16% бура. Зв’язуючі – 15…25%-ий розчин БФ-2 в ацетоні. Товщина шару пасти – 1,5…2 мм. Обмазані вироби розміщують в контейнері, який виключає процес окислення.
Рисунок 3.12 – Вплив складу пасти і тривалості нагріву на глибину борованого шару: а – паста (1), б - паста (2) |
На глибину борування впливає і товщина шару обмазки (рисунок 3.13).
Рисунок 3.13 – Залежність глибини борованого шару від товщини обмазки (70% B4C + 26% Na3AlF6 + 4% NaF) після борування на протязі 4 годин: ––– 40Х; ----- 5ХНМ |
Рідинне борування здійснюється в розчинах борвмісних солей: 1) Na2B4O7 70%+30% B4C; 2) 65% суміші із 85% Na2B4O7 + 15%NaCl+35%KCl; 3) 70% Na2B4O7 +30% SiC – температура борування 9500С на протязі 30…120 хв. На кожний квадратний сантиметр поверхні виробу повинно бути не менше 10…20 см3 розплаву. В результаті процесу формуються шари від 20 до 80 мкм.
Властивості боридних покрить мало залежать від того, яким способом вони отримані, але визначаються основними технологічними параметрами процесу: активністю насичуючого середовища, температурою і тривалістю насичення, швидкістю охолодження після борування. Ці параметри визначають глибину шару, його структуру, залишкові напруження, фазовий склад. Для сталей, зокрема, має велике значення співвідношення глибин зовнішнього шару фази FeB і внутрішнього, прилягаючого до основного металу шару фази Fе2В. Фаза FeB має більшу твердість (від 1800 до 2200 кгс/мм2 у залежності від марки сталі і температури борування) у порівнянні з фазою Fе2В (від 1500 до 1800 кгс/мм2). Але вона також має значно більшу крихкість і більшу різницю в коефіцієнтах термічного розширення зі сталлю, що складають для фази FeB ~ 9·10-6 град-1, для фази Fе2В 14·10-6 град-1, для сталей ~ 12·10-6 град-1. Це призводить до того, що двохфазні боридні шари на сталях у порівнянні з однофазним (Fе2В) мають більшу крихкість і більші залишкові напруження, особливо на границі розділу фаз FeB і Fе2В. Добрі експлуатаційні властивості мають боридні шари, у яких співвідношення фаз FeB: Fе2В складає не більш 1:3.
На співвідношення боридів суттєво впливають легувальні елементи. Так, нікель, марганець, хром, молібден вольфрам збільшують кількість бориду FeB у борованому шарі, а мідь і алюміній – зменшують. Найсильніше збільшують кількість бориду FeB у борованому шарі молібден і вольфрам. Із підвищенням температури борування їх дія посилюється. Різко знижує вміст фази FeB у дифузійному шарі мідь. Введення алюмінію до 0,53 % майже не впливає на фазовий склад борованого шару. Збільшення надалі вмісту алюмінію в сталі знижує вміст FeB. З підвищенням температури насичення дія міді й алюмінію знижується. За температури борування 850 0С нікель, марганець і хром майже однаково впливають на підвищення вмісту в дифузійному шарі бориду FeB. Із підвищенням температури насичення дія хрому активізується, а нікелю і марганцю знижується.
В літературі приводяться дані, що в ряді випадків, особливо при динамічних та ударних навантаженнях, однофазні шари мають більш високі експлуатаційні характеристики.
Двохфазні шари на сталі 45 при випробовуваннях на тертя ковзання показали більш високу зносостійкість у порівнянні з однофазними. Аналогічно, борована сталь 40Х після загартування і відпускання при 200° С, 2 год, мала зносостійкість у 2 рази більшу, ніж цементована, у 3 рази-чим фосфатована, і в 4 рази-чим загартована з 870°С в маслі і відпущена при 180° С, 2 год. Отже, зносостійкість одно- і двохфазних борованих шарів залежить від конкретних умов тертя. Однак можна з впевненістю вважати, що у випадку циклічних, знакозмінних і ударних механічних і теплових навантажень кращими властивостями володіти однофазні шари (фаза Fе2В).
Всі процеси дифузійного насичення металами і бором проводяться при температурі вище Ас3, тому піддавати насиченню термічно оброблену сталь не має смислу. Термообробка виробів після дифузійного насичення допустима в тих випадках, якщо вона не визиває тріщин в шарі, котрі можуть утворитись внаслідок різниці в теплофізичних властивостях.
Дата публикования: 2014-12-11; Прочитано: 1177 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!