5. Борирование, силицирование. Виды диффузионного насыщения металлами.

Силицирование – процесс диффузионного насыщения поверхности заготовки кремнием. Процесс проводится для увеличения коррозионной стойкости деталей в морской воде, азотной, серной, соляной кислотах; а также для увеличения износостойкости деталей. Процесс проводят в порошкообразной смеси ферросилиция и шамота (H₄Cl). Температура процесса силицирования составляет 950-1000ºС.

Борирование – процесс диффузионного насыщения поверхности заготовки бором. Процесс борирования проводят электролитическим методом при нагреве деталей в ванне с расплавленной бурой (Na₂B₂O₇), где изделие является катодом. Длительность процесса составляет 2-4 часа. Температура процесса борирования составляет 930-950ºС.

Несколько реже в качестве карбюризатора применяют смесь газов B₂H₆ и BCl₃. После проведения процесса поверхностный слой будет содержать борид железа. Присутствие в стали легирующих элементов, а также высокое содержание углерода уменьшают глубину борированного слоя. Толщина слоя колеблется в пределах 0,1-0,2 мм. Борированию подвергают детали, работающие в агрессивных средах и при больших нагрузках (нефтяная промышленность).

Диффузионное насыщение металлами. Данный вид ХТО проводится для получения жаростойкости, коррозионной стойкости, повышения износостойкости и твердости поверхностного слоя деталей.

Процесс диффузионного насыщения осуществляется при температуре 900-1050ºС, с упаковкой изделия в порошкообразную среду или при погружении в расплавленный металл, если он имеет невысокую температуру плавления. Продолжительность процесса диффузионного насыщения обычно превышает продолжительность других видов ХТО.

Рассмотрим несколько видов диффузионного насыщения металлами.

Алитирование – процесс диффузионного насыщения поверхности заготовки алюминием. Процесс насыщения проводится при погружении заготовки в ящик с порошкообразной смесью алюминиевого порошка, ферроалюминия, хлористого аммония и окиси алюминия. В зависимости от необходимой толщины слоя процесс может длиться от 3 до 12 часов.

Иногда для процесса алитирования применяют ванны с расплавленным алюминием, содержащим 6-8% железа. В этом случае температура нагрева составляет 700-800ºС, продолжительность 45-90 минут.

Глубина алитированного слоя 0,2-1 мм. Содержание алюминия в поверхностном слое может достигать 30%.

Хромирование – процесс диффузионного насыщения поверхности заготовки хромом для обеспечения устойчивости против газовой коррозии. Процесс проводится в порошкообразной смеси, состоящей из 50% феррохрома, 49% окиси алюминия и 1% хлористого аммония. Температура протекания процесса составляет 1000-1050ºС. Длительность процесса составляет несколько часов.

Хромированный слой состоит из карбидов хрома (CrFe)₇C₃ или (CrFe)₂₃C₆. Глубина слоя может достигать 0,15-0,2 мм.

Порошковые антифрикционные материалы на основе железа. Структура. Область применения. Технология получения деталей.

В связи с развитием промышленности возник вопрос поиска материалов, которые могли бы заменить традиционные материалы, работающие в условиях повышенного трения. Основные требования, предъявляемые к антифрикционным материалам следующие:

• повышенная износостойкость;

• низкий коэффициент трения;

• способность работать при высоких скоростях и скудной смазке;

• способность работать в активных средах;

• более длительный срок службы деталей.

Такие материалы можно изготовить методами порошковой металлургии. Сырьем для нового класса материалов служат смеси порошков металлов и неметаллов. Смеси подвергаются прокатке при различном давлении, а затем спеканию при температуре ниже температуры плавления основного компонента.

Полученные материалы имеют различную плотность, они могут быть пористые с различной пористостью. Такие материалы хорошо держат смазку и при длительной работе обеспечивают эффект самосмазывания. Порошковые антифрикционные материалы подобно литым, подразделяются на углеродистые и легированные.

Основные составляющие антифрикционных материалов следующие:

Графит. Играет в узлах трения роль сухой смазки. Обеспечивает минимальный износ трущихся поверхностей.

Медь. Вводится для улучшения механических характеристик. Увеличивает количество перлита в металлической основе, а значит, повышает твердость материала. Медь легирует ферритную составляющую.

Дисульфид молибдена. Уменьшает износ материала и коэффициент трения. Молибден входит в состав твердого раствора с ферритом, образуя участки обогащенные молибденом, тем самым, увеличивая вязкость материала и его усталостную прочность.

Сера. Образует сульфид железа при спекании. Сульфиды повышают износостойкость сплава и сопротивление их схватыванию. Это объясняется тем, что сульфид железа FeO(OH)-S образует граничные пленки.

Стекло. Твердые включения стекла служат для упрочнения металлической основы спеченного материала. Мелкие пластины стекла при плавлении заполняют поры, а с другой стороны его наличие придает материалу химическую стойкость в воде и водных растворах. При контакте с водой стекло образует едкую щелочь и гель кремниевой кислоты, которые образуют защитную пленку.

Хром и никель. Эти элементы вводятся для повышения прочности металлической основы, а также для придания антифрикционных свойств.

Феррофосфор повышает прочность и износостойкость сплава, повышает сопротивление пластической деформации, улучшает обрабатываемость материала резанием.

Маркировка антифрикционных материалов. Начинается маркировка данного материала с указания основного компонента. Далее следуют другие компоненты спеченного материала с указанием их количества в процентах. Содержание каждого компонента указывается цифрой после соответствующего буквенного индекса. Количество основного компонента (железа) вычисляется по разнице от 100%.

Для маркировки спеченных материалов приняты следующие обозначения компонентов:

Гр—графит;

Д—медь;

Мс—дисульфид молибдена;

К—сера;

Р—феррофосфор;

Х—хром;

Н—никель.

Пример: материал ЖГр0,5Д2,5Мс7К0,5 содержит: графита – 0,5%; меди – 2,5%; дисульфида молибдена – 7%; серы – 0,5%.