133. Состав ванн для сульфоцианирования

Содержание компонентов. % по массе

134. Продолжительность выдержки инструментов при сульфоцианировании

Борирование в порошковых смесях

Порошки аморфного бора, карбида бора или ферробора +30-40 глинозема +1-3 % хлористого аммония

950-1050

0,1-0,3

Изделия упаковывают, ящики, заполненные ризатором. Примеия борирование в среде дорода и при вакуук

Продолжение табл. 155

Газовое борирование

Днборан, разбавленный водородом (от 1 : 25 до 1 : 50)

Треххлористый бор

Позволяет выполнить процесс при низких температурах (500-550 °С). Недостаток-токсичность и взрывоопасность

Примечание. При работе с дибораном B„Hj следует иметь в виду его характерные качества; мол. вес 27.69; Г,,, -165°. Тип -92,5». Самовоспламеняющийся газ очень токсичен при вдыхании, причем по запаху нельзя определить токсическую концентрацию, так как под действием диборана чувство обоняния притупля. ется. Хотя чистый диборан самопроизвольно не воспламеняется на воздухе при нормальной температуре, он обычно содержит продукты разложения, которые могут вызвать самопроизвольное воспламенение. Днборан хранят в баллонах из хромомолнбденовой стали при -80° (минимум 100 гр.)

136. Режимы порошкового диффузионного борирования деталей технологической оснастки

СУЛЬФОЦИАНИРОВАНИЕ

Диффузионное насыщение металла углеродом, азотом и серой, сопровождающееся образованием сложных химических соединений карбидов, нитридов и сульфидов железа и легирующих металлов. В сульфоцианированном слое у его поверхности располагается тонкая (5-15 мкм) светлая зона сульфидов. Степень насыщенности зоны серой может нревынии. 5 % (по массе). Ниже расположена темная зона карбонитридов. Глубина зины 50-100 мкм. Далее следует переходная зона, с преимущественным преобладанием структур перлитно-ферритного типа.

Сульфоцианирование повыщает износостойкость режущих инструментов, изготовленных из быстрорежущих или высокохромистых легированных сталей. Его применяют для упрочнения инструментов и технологической оснастки, изготовленной из быстрорежущей стали всех марок, стали типа XI2, Х12М и других с целью повышения стойкости и улучшения чистоты поверхности обрабатываемых деталей. Выполняют в твердых смесях, в расплавах солей, в смесях газов. Составы смесей для жидкостного сульфоциа-нирования в расплавах солей приведены в табл, 133. Поскольку тиосульфат натрия более активный осернитель, чем сернистый натрий, то предпочтительно использование ванны следующих составов, % по массе: 36 - карбамида мочевины, 24 - поташа, 30 - желтой кровяной соли, 10 - тиосульфата на грим или 20 - калия хлористого, 25 - натрия сернокислого, 5 - тиосульфата натрия и 50 - натрия цианистого, либо 95 - натрия цианистого н 5 - тиосульфата натрия.

Процесс ведут в тигельных печах-ваннах. Перед загрузкой в ванну детали очищают и обезжиривают, промывая в растворе щелочи, в затем в теплой воде. После подсушки их подогревают до температуры 150-350 °С и затем на приспособлениях погружают в ванну. Рабочая температура ванны 550-570 С. Продолжительность выдержки при сульфоцианировании конструкционных сталей 2,5-3 ч. Продолжительность сульфоцианирования инструментов приведена в табл. 134.

По окончании процесса детали извлекают из вамны и выдерживают над ней до полного стекания солей. Охлаждение деталей - на воздухе, до 100 - 150 °С, Затем детали промывают 10-15 мин в горячей воде, переносят в масло с температурой ванны 100-125 °С н выдерживают в иен 10-15 мии. В результате такой обработки повышается коррозионная стойкость сульфо-цианированной [юверхности. Качество процесса контролируется по образцам, «свидетелям», обработанным совместно с деталями. Контролируют состав ванны. Содержание в ней серы не должно выходить из предела 0,2-2,0 % (по массе). Для восполнения убыли серы следует перед загрузкой очередной, партии деталей вводить в ванну соли, содержащие серу (например, гипосульфит NajSOs) в количестве 10-20 % от массы первоначальной загрузки. Суль-фоцианированные детали отличаются равномерным темно-серым цветом.

БОРИРОВАНИЕ

Диффузионное насыщение поверхности металла бором с целью создания-соединений в виде боридов железа FeB и FeB применяют для повышения износостойкости и теплостойкости изделий, в том числе работающих при повышенных либо пониженных температурах, знакопеременных и ударных на- грузках или в агрессивных и абразивных средах. Борированию могут под- вергаться любые марки стали. Производят в смеси боросодержащих порош- ков, паст, газов или в расплаве солей (табл. 135).

Преимущественно используется для упрочнения металлических поверх- ностей, работающих на истирание: режущих инструментов из быстрорежу-" щих сталей, штампового инструмента, пресс-форм, работающих при 500- 850 °С. Примеры режимов борировання некоторых инструментов првведе* ны в табл. 136.

Борированные детали из углеродистых сталей подвергают ступенчато» закалке в водных растворах селитр или щелочей. Легированные борировав-ные стали, в том числе быстрорежущие, подвергаются изотермической зай

калке. Нагрев борированного инструмента для термической обработки (нормализация, закалка с отпуском) целесообразно выполнять в соляных ваннах состава NaCl -50%, КС1 - 50 % (для сталей ХВГ, 45, 40Х, 9ХС, X, ШХ-15, У8А, УЧ10А,5ХНВ,6ХВ2Сидр.)илиМаС1 - 22 %, ВаС! - 78 % (для сталей, имеющих температуру закалки 1273-1223 К и выше). Целесообразен нагрев борированных деталей в вакуумных печах или печах с защитной атмосферой.

В результате борировання возможно изменение размеров детали. По-эюму при изготовлении точных и высокоточных деталей целесообразно их обработку выполнять в такой последовательности: предварительная механическая обработка (обдирка); улучшение (закалка и низкий отпуск но режимам, соо1ветствующим маркам сталей); механическая обработка, с припуском на доводку, борирование или хромирование, термическая обработка для обеспечения требуемого комплекса свойств основного металла; окончательная доводка размеров упрочненных деталей методами механической обработки (шлифование, полирование).

При последовательном многокомпонентном насыщении операции улучшения выполняются после цементации перед борированием.

Насыщающие смеси - порошки, пасты и т. п. состоят из боронесущих соединений (карбида бора, бора аморфного, буры, борида магния, борного ангидрида, тетрафторбората калия, борфтористого калия, окиси бора и др.), активаторов (фтористый натрий, хлористый натрий, фтористый аммоний, хлористый аммоний, сера, фтористый калий и др.) и восстановителей (окись алюминия, фтористый алюминий, алюминий и др.) в различных композиционных сочетаниях. Выбор состава смеси определяется условиями работы упрочняемой поверхности (глубиной диффузионного слоя, твердостью, рабочей температурой, скоростью износа и т. п,), требованиями защиты окружающей среды (токсичность, теплотворность и т, п,) и экономическими соображениями (трудоемкость, расход ресурсов, стоимость ингредиентов). Как правило, насыщающие смеси можно использовать многократно (15-20 раз), без существенной корректировки их состава или с небольшой добавкой активаторов. Процесс осуществляют в герметичных металлических контейнерах. На дно контейнера из жаростойкой стали насыпают слой строганого парафина, на него - слой боросодержащего порошка (толщиной 10-20 мм), затем укладывают ряд деталей. Аналогично ряда.ми послойно укладывают остальные детали. Верхний ряд засыпают боросодержащим порошком толщиной слоя 15-20 мм. Сверху укладывают асбестовый лист и насыпают речной песок слоем 5-10 мм. Контенйер закрывают крышкой. Зазор заполняю-натросиликатным стеклом. Контейнер помещают в печь с температурой 950-1000 "С. При нагреве пары парафина вытесняют из контейнеров воздух. По мере дальнейшего повышения температуры натросиликатное стекло плавится, образуется герметичный жидкий затвор.

В результате борировання стойкость штампового инструмента из углеродистых сталей повышается до 10 раз, из легированных инструментальных сталей - в 3-4 раза. Общие недостатки процесса борировання поверхностен - выкрашивание при эксплуатационных температурах выше 1073 К, продавливание и откалывание-боридных слоев высокой твердости, опирающихся на более мягкую основу, трудность восстановления изношенней поверхности из-за высокой твердости остатков боридных слоев.

Безэлектролизное жидкостное борирование. Выполняется в расплавленной буре с добавлением 30-40 % (по массе) карбида бора или 20 % хлористого натрия и 30 % силикомарганца. Процесс осуществляется в тигельных печах-ваннах при 900 °С. За 5 ч глубина боридного слоя достигает 0,2 мм. В отличие от электролизного борировання достаточно равномерный слой можно получить на деталях любой формы. Однако такие ванны быстро истощаются. Добавлять карбид бора в ванну нецелесообразно, так как это приводит к снижению ее жидкотекучести. Повысить жидкотекучесть можно путем введения нейтральной соли. При этом снижается активность ванны. Метод позволяет получить однофазный твердый боридный слой из боридов FejB.

Жидкостное электролизное борирование. В металлическом тигле расплавляют буру, постепенно забрасывая ее в тигель порциями по 8-10 кг. В рас-

плав погружают обрабатываемую деталь и графитовый стержень. Деталь подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катод), графитовый стержень - к положительному полюсу (анод). Электроды устанавливают после того, как уровень ванны достигнет 1/4 высоты тигля. Концы электродов должны находиться на расстоянии не менее 100 мм от дна тигля и не менее 30 мм от его стенок. В электрододержатель подается охлаждающая вода, включается ток защиты тигля. Процесс обычно осуществляется при плотности тока от 0,15 до 0,20 А/см на борируемой поверхности и при напряжении 10-14 В. По мере заполнения ванны величину тока повышают до установленного предела. После достижс1ГНЯ рабочей темнерату))!.! процесса (930-950 °С) в ванну плавно загружают детали и выдержнваю1 в ней 2,5- 3,0 ч. Глубина борированного слоя достигает 0,15-0,20 мм. Прн выдержке до 6 ч можно получить слой толщиной до 0,35 мм. Дальнейшее увеличение выдержки, повышение температуры более 980 °С и плотности тока свыше 0,25 А/см незначительно увеличивают глубину слоя, повышая его хрупкость. По окончании процесса ток выключают. Детали извлекают из ванны. Охлаждают (закаливают) иа воздухе*или в масле, промывают в кипящей воде 1-2 ч и отпускают по режиму отпуска, принятому для данной стали.

Перед борированием поверхности детали следует очистить от следов масла, окалины и других загрязнений.

Для защиты отдельных участков детали от борирования производят гальваническое меднение или хромирование. Неполное погружение детали в ванну, как метод местного борирования, непригодно вследствие сильного разъедания металла детали на границе раздела поверхности ванны и воздуха. Недостатки процесса жидкостного электролизного борирования - низкая стойкость тиглей и повышенный расход буры. С течени-ем времени не весь выделяющийся бор участвует в формировании покрытия. Часть бора образует аморфный слой. Он «приваривается» к поверхности, ухудшая ее чистоту и препятствуя адсорбции активного бора. Аморфный слой бора уносится из электролита вместе с изделием и частично остается в электролите, загрязняя его. В результате при многократном использовании насыщающей среды в ней накапливается аморфный бор, который внедряется в слой боридов, создает пористость и ухудшает свойства боридпого покрытия.

Электролиты, содержащие в своем составе только буру и фтористый натрий, позволяют вести процесс борирования при температурах 700-800 С.

Газовое борирование. Проводят в диборане BjOg. При нагреве его выше 500 °С он разлагается на водород и атомарный бор, который диффундирует в поверхность детали. Процесс ведут при температуре 850 "С в газовой смеси, состоящей из 2-4 % диборана и 98-96 % водорода,В течение 4-5 ч можно получить боридный слой глубиной до 0,2 мм. Метод взрывоопасен. Безопасность метода обеспечивается при использовании в качестве насыщающей среды смеси треххлористого бора BCI3 и аммиака или азота.

Борирование пастами. Составы паст, применяемых для борирования, приведены в табл. 137.

137. Составы паст, применяемых для борирования

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

Для контроля качества цианированной технологической осиастки применяют такие методы; наружный осмотр с целью выявления поверхностных дефектов в виде трещин, забоин, остатков налипших солей (контролю под-BL-prarOT все обработанные инструменты); определение твердости цианированной поверхности с помощью прибора Виккерса при нагрузке 10-50 HV (2-3 % от партии инструментов); контроль по микроструктуре (2-3 % от партии инструментов); проверка биения концевого инструмента (10-15 % or партии).

Для инструментов, прошедших нитроцементацию, применяют следующие внды контроля: наружный осмотр с целью выявления видимых следов окисления, бурого налета, закоксовывания, а также забоин, сколов и пр.; выборочный контроль твердости с помощью приборов Виккерса либо Супер-Роквелла и проверка хрупкости слоя с помощью прибора Роквелла (проверка ведется по образцам-свидетелям, изготовленным из той же стали, что и инструменты, прошедшим термическую обработку и нитроцементацию вместе с инструмента.ми); контроль состава газов в печи путем химического анализа проб отходящих газов; контроль расхода газа с помощью реометров; контроль расхода жидких карбюризаторов, а также триэтаноламниа путе.ч измерения мензуркой объема подачи вещества за единицу нремени.

Контроль качества цементированных деталей производят по образцам-свидетелям, изготовленным из стали той же марки и прошедшим термическую обработку и цементацию вместе с контролируемой партией деталей. Глубину цементированного слоя измеряют по микрошлифам. Контроль качества деталей, цементированных в пастах, аналогичен контролю деталей, цементиро-панных и твердых карбюризаторах. Контроль после газовой цементации производится по образцам-свидетелям аналогично контролю деталей после цементации в твердом карбюризаторе. Контроль состава газовой среды в печи недется с помощью газоанализатора. Температура нагрева детален контролируется оптическим фотопирометром.

.Азотированные детали подвергают внешнему осмотру, определяют величину коробления, измеряют поверхностную твердость по Виккерсу (нагрузка 100 или 300 Н) или по Супер-Роквеллу (нагрузка 100 или 150 Н), определяют глубину-слоя и его хрупкость по виду отпечатка пирамиды прибора Виккерса, Контроль газовой среды в печи ведут с помощью манометра, дис-сг)циометра п счетчика для контроля расхода аммиака.

Хромированные детали подвергают внешнему осмотру. Контроль качества, твердости и глубины слоя производят по образцам-свидетелям. Качество слоя определяют травлением, глубину слоя - по микрошлифам, твердость измеряют прибором Виккерса при нагрузке 6-10 Н.

Контроль качества сульфидирования производят по образцам-свидетелям. Контроль качества сульфоцианирования производят аналогично контролю цианирования.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ БРАКА

ПРИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНАСТКИ

Характеристика брака химико-термической обработки технологической оснастки, основные причины его появления и меры по предупреждению приведены в табл. 138.