Электролизное борирование

Проводят в расплаве буры Na₂B₄O₇*10 Н₂О (буру просушивают предварительно при 500-600^оС). Детали являются катодом, i=0,08-0,25 А/см², t=880-980^оС, τ=2-5ч., h=60-250мкм, на поверхности - смесь боридов FeВ и Fe₂В.

4)Борирование безэлектролизное в расплаве.

Применяется бура +В₄С или В₂О₃ (для повышения насыщающей активности ванны)_. Температура процесса насыщения 850-1050^оС, τ=2-10час., h=40-400мкм. Соотношение объема расплава к суммарной площади поверхности деталей должно быть 10:20.

5)Газовое борирование.

Диборан В₂Н₆ или треххлористый бор ВСl₃. Разбавляют Н₂, Аr, очищенным азотом, иначе на деталях откладывается слой элементарного бора (ввиду высокой активности атмосферы) и скорость насыщения падает, t=800-950^оС.

Применяется:

-для высоколегированных сталей для повышения коррозионной стойкости, h=0,05-0,1мм, состав боридного слоя – должен быть только один борид: Fe₂В.

-для низколегированных и среднелегированных сталей для повышения износостойкости, твердости, теплостойкости, h=0,2-0,3мм, FeВ.

В условиях массового производства при обработке несложных, средних по размеру изделий предпочтительнее электролизное и газовое борирование. При обработке мелких, сложной конфигурации изделий целесообразнее жидкий или порошковый методы борирования. Порошковый метод более приемлем, если изделия не требуют последующей термообработки, а также для крупногабаритных изделий. Для местного борирования целесообразно насыщать из паст.

Т/о борированных деталей.

Закалка проводится с температуры борирования или с подстуживания, промывка в кипящей воде (для борирования в расплавах), иногда с применением ультразвука, затем – отпуск. Для измельчения зерна переходной зоны и сердцевины, а также после борирования в порошке: проводят повторный нагрев под закалку в хорошо раскисленных соляных ваннах (во избежание окисления, т.к. борированный слой легко окисляется и затем отшелушивается). Во избежание коробления деталей предпочтительнее изотермическая закалка с охлаждением в расплавах щелочей. Максимальные сжимающие напряжения создает борированный слой с закалкой ТВЧ с глубиной закаленного слоя 1,5-5мм. Перед закалкой ТВЧ целесообразен высокий отпуск 650^оС, 3час для снятия напряжений. Температуру отпуска выбираем в зависимости от требуемых свойств основного металла. Борированные изделия мехобработке не подвергают. Иногда после т/о с борированием изделия шлифуют в размер алмазными или эльборовыми кругами.

Контроль борированных деталей.

Проводят контроль микроструктуры, толщины слоя, твердости сердцевины и поверхности, визуально - на наличие сколов, трещин и др. дефектов на рабочих поверхностях. Наличие борированного слоя на всех рабочих поверхностях проверяют тарированным напильником.

Силицирование.

Проводится для повышения коррозионной стойкости, кислотостойкости (с Si более 11-13%) при комнатной и повышенной температуре, окалиностойкости до 800^оС (аустенитных сталей до 1000^оС), износостойкости (после проварки в горячем масле поры пропитываются). Рекомендуется для деталей машин химической и, бумажной и нефтяной промышленности.

1) в порошках: FeSi, SiC, SiCa + инертные добавки Al₂O₃, шамот, МgО + активаторы: NH₄Cl, NH₄I

t=1100-1200^оС, 6-12 час., h=0,15-0,8мм.

С поверхности пористая хрупкая α ́-фаза – упорядоченный твердый раствор – сверхструктура Fe₃Si. Развитая пористость объясняется эффектом Киркендала: диффузия кремния в направлении α ́ → α превышает скорость диффузии железа в противоположном направлении (диффузионная пористость).

После электролизного, жидкостного и газового силицирования поверхностный

слой состоит из α –фазы кремнистого феррита, имеющего твердость HV400, а с л.э. – HV 500-600. Кристаллы кремнистого феррита имеют столбчатое строение.

2) электролизное.

Проводится в расплаве на основе Na₂SiO₃, i=0,1-0,2 А/см², t=1050^оС, τ=0,5-1 час.,h = 0,15-0,25мм.

3)безэлектролизное в расплаве: Na₂SiO₃+ FeSi + SiC.

t=950-1100^оC, τ=2-10 час., h = 0,1-0,3мм.

4)газовое силицирование в SiCl₄ и моносилене SiН₄.

t=950-1050^оC, τ=2-5 час., h = 0,4-0,8мм. Охлаждение – в потоке хлора до 100-200^оС для предотвращения окисления. Имеющиеся поры в слое пропитывают маслом (подшипники).

5)в плазме тлеющего разряда в SiCl₄

Получают слои беспористой α ́ и α - фаз при 1000^ос за 0,5-1 час толщиной 0,15-0,2мм.

После всех способов проводят непосредственную закалку, промывку кипячением от хлоридов железа, сушку и отпуск.

Хромирование

Повышается жаростойкость до 800⁰С, коррозионная стойкость в пресной, морской воде, влажном воздухе и нагретом паре, в азотной, уксусной, фосфорной и органических кислотах, эрозионная (послойное разрушение металла под действием механических воздействий или электрических разрядов) и кавитационная стойкость (лопаток турбин, деталей топливной аппаратуры), повышенная износостойкость в сталях более 0,3% углерода.

Для коррозионной стойкости проводят хромирование коррозионностойких сталей А и Ф классов с формированием с поверхности слоя α-фазы толщиной 0,1 – 0,15мм, для деталей, работающтх в условиях износа – карбидный слой Cr₂₃C₆ и Cr₇C₃ толщиной 0,025 – 0,03мм с HV 1200 – 1300.

Идет встречная диффузия углерода из металла при формировании слоя, поэтому за слоем зона, обедненная углеродом. Карбидообразующие элементы, связывая углерод в карбиды, увеличивают диффузию хрома в металл, увеличивают толщину слоя. Элементы, расширяющие γ-область- уменьшают толщину слоя.

1) газовое хромирование и в порошках FeCr 1100⁰C за 6ч. порошковое хромирование – 0,05мм, газовое – 0,25мм.

2) Жидкое хромирование в расплаве CrCl₂ 1000 – 1100⁰С, 1 – 6ч, h = 0,05 – 0,3мм (до 80% в ванну добавляют ВаСl, СаСl₂ для уменьшения испарения ванны).

Для повышения твердости сердцевины и повышения мехсвойств после хромирования детали могут подвергаться т/о: закалке непосредственной или с подстуживанием, или с повторного нагрева + отпуск. Хромированная поверхность при этом темнеет, но не сказывается на свойствах.

Более качественное хромирование – вакуумное. Роль вакуума сводится к облегчению испарения и переноса хрома к поверхности деталей. В Запорожье: холоднокатаная лента и трубы: насыщение хромом в вакууме при температуре 1300^оС (при сублимации FeCr при 1600^оС) движущейся ленты из ст08 слой образуется со скоростью 20-40 мкм/мин. С поверхности образуется слой α-фазы 150 мкм, легко подвергающийся гибке, штамповке, сварке.

Перспективным является циркуляционный метод газового диффузионного насыщения.

Образование и перенос диффундирующего элемента осуществляется за счет хлористого водорода.

Cr + HCl = CrCl₃ + Н₂; CrCl₃ + Fe = FeCl₃ +[Cr] → в Ме.

Достоинство: ускорение процесса насыщения за счет более полного протекания химических реакций, возможность многократного использования рабочей смеси.

Схема циркуляционного метода (рисунок).

Алитирование

Температура плавления алюминия 660^оС.

Для повышения жаростойкости до 900⁰С, коррозионной стойкости в атмосфере и морской воде, сероводороде, эрозионной стойкости, стойкости к газовой коррозии. Повышение окалиностойкости происходит за счет образования на поверхности стали тонкой прочной пленки Al₂O₃, что особенно важно для печной арматуры, изложниц. Углерод при алитировании оттесняется вглубь металла. Легирующие элементы и углерод снижают толщину алитирования слоя. Твердость алитированного слоя HV 500, на поверхности – α-твердый раствор алюминия в железе. На поверхности при пересыщении могут образоваться хрупкие интерметаллидные фазы FeAl₂, FeAl, Fe₃Al, Fe₂Al₅. Тогда для снижения концентрации алюминия в слое (<30% Al) и снижения хрупкости слоя алитированные изделия подвергают отжигу при 900-1000^оС 4-5час., толщина слоя возрастает на 20-40%. Т.е. насыщение надо вести с образованием α- твердого раствора.

Промышленные методы:

1) порошковый метод: FeAl или порошок Al, при t=950-1050^оС, 6-12 час., 0,25-0,6мм.

2) в расплаве алюминия: при 680-850^оС, 0,25-1час, 0,05-0,25мм.

Для предотвращения разъедания поверхности изделий расплавленным алюминием в состав ванны добавляют 8-12% Fe. При ведении процесса зеркало ванны защищают флюсами на основе NaCl,KCl для предотвращения окисления расплавленного алюминия и получения качественного покрытия. Перед алитированием поверхность деталей восстанавливают при отжиге в атмосфере N₂, H₂, т.е. очищают от окислов. Затем необходимо запассивировать поверхность деталей от окисления в момент погружения (30-60 сек. окунанием в 1-3% раствор CrO₃).

3) алитирование методом металлизации с последующим диффузионным отжигом.

1. Подготовка поверхности: дробеметная или пескоструйная обработка для повышения шероховатости поверхности, что способствует лучшему сцеплению слоя с основным металлом, для этого же делают последующий подогрев поверхности изделий до 250-350^оС.

2.Нанесение слоя алюминия напылением: плавление алюминия и разбрызгивание его струей сжатого воздуха под давлением 2-4атм. с помощью специальных металлизаторов (газовых, электрических, высокочастотных).

3.Нанесение слоя защитной обмазки для защиты от окисления погружением в жидкое стекло + графит + огнеупорная глина, сушка при 100^оС 3час., толщина обмазки 0,8-1,5мм.

4. Диффузионный отжиг при 900-950^оС 2-4 час., диффузионный слой – 0,2-0,4 мм, проводят с предварительным подогревом деталей и медленным охлаждением после отжига.

Так алитируют трубы, только перед отжигом делают их окраску. Клапаны: нагревают до 25\00-250^оС, наносят на поверхность фаски слой алюминия кислородно-ацетиленовым металлизатором, отжиг 780-810^оС 10-15сек. при индукционном нагреве фаски, толщина слоя 15-25мкм.

Разработан способ алитирования в плазме тлеющего разряда. Улучшаются кинетические условия образования галогенида алюминия, ускоряется реакция на поверхности изделия.

Цинкование

Для повышения коррозионной стойкости в атмосфере, бензине, горячих газах (300-500^оС), содержащих сероводород, пресной, минеральной и морской воде, в маслах. Нестойко в кислотах и щелочах. Температура плавления цинка 419,5^оС.

Основные способы насыщения:

1)Горячее цинкование (в расплавах цинка) 430-470^оС, 1-10мин., толщина 20-200мкм.

2) Цинкование в порошке цинка:360-450^оС, 1-24час.,толщины слоя 30-200мкм, в контейнерах.

3)Цинкование в парах цинка: 700-1000^оС вместе с водородом вводится цинковая пыль.

Дата добавления: 2014-01-11