9.6. Борирование

Борирование – это вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали бором при нагреве в соответствующей среде.

Борирование чаще выполняют при электролизе буры (Na₂B₄O₇∙10Н₂0) при температуре 930-950⁰С в течение 2-6 часов. Изделие является катодом.

Процесс можно вести и без электролиза в ваннах с расплавленными хлористыми солями (NaCl, BaCl₂), в которые добавляют 20 % ферробора и 10 % карбида бора (В₄С).

Хорошие результаты получаются при газовом борировании при температуре 850-900⁰С в среде диборана (В₂Н₆) или треххлористом боре (ВCl₃) в смеси с водородом.

Диффузионный слой состоит из боридов FeB (на поверхности) и Fe₂B. Рекомендуемая толщина слоя 0,1 - 0,2 мм. Борированный слой обладает высокой твердостью (1800-2000 HV), износостойкостью (главным образом, абразивной), коррозионной стойкостью, окалиностойкостью (до 800⁰С) и теплостойкостью.

Средне- и тяжелонагруженные детали после борирования подвергают термической обработке: закалке и отпуску. Закалку желательно проводить с температуры борирования или с более низких температур с предварительным подстуживанием. При выполнении закалки, как самостоятельной операции, борированные детали нагревают под закалку в хорошо раскисленных соляных ваннах, так как нагрев под закалку в печах с воздушной средой недопустим.

9.7. Силицирование

Силицирование - это вид химико-термической обработки, заключающийся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали кремнием.

Силицированный слой является твердым раствором кремния в α – железе. Под диффузионным слоем часто наблюдается слой перлита, так как происходит оттеснение углерода из диффузионного слоя вследствие пониженной растворимости его в кремнистом феррите.

Силицированный слой отличается повышенной пористостью. Рекомендуемая толщина слоя 0,3-1,0 мм. Силицированный слой имеет низкую твердостью (200-300 HV), но после предварительной его пропитки маслом при температуре 170-200⁰С износостойкость слоя становится высокой.

9.8. Диффузионное насыщение металлами

Диффузионное насыщение металлами – это процесс поверхностного насыщения стали алюминием, хромом, цинком и другими элементами.

Наиболее детально изучены процессы диффузионного насыщения хромом и алюминием. Процессы насыщения молибденом, бериллием и другими элементами менее исследованы.

Диффузионную металлизацию можно проводить в твердых, жидких и газообразных средах.

При диффузионной металлизации в твердой среде металлизатаром является ферросплав (ферроалюминий, феррохром) с добавлением хлористого аммония (NH₄Cl). В результате реакции металлизатора с HCl или Cl₂ образуется летучее соединение хлора с металлом (AlCl₃, CrCl₂ и т.п.), которое в результате контакта с металлической поверхностью диссоциирует с образованием свободных атомов.

Газовую диффузионную металлизацию проводят в газовых средах, являющихся хлоридами различных металлов.

Жидкую металлизацию проводят погружением в расплавленный металл, если диффундирующий элемент имеет низкую температуру плавления (например, алюминий, цинк).

Диффузия алюминия, хрома и других металлов протекает значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом растворы внедрения, а металлы – раствор замещения. Именно малая скорость диффузии препятствует широкому распространению диффузионной металлизации в промышленности. Процесс приходится проводить при высоких температурах (1000-1200⁰С) длительное время, а это существенно увеличивает себестоимость изделия.

Алитирование – насыщение поверхностного слоя стального изделия алюминием, обеспечивающее высокую окалиностойкость (850-900⁰С), хорошее сопротивление коррозии в атмосфере и морской воде.

Алитированный слой является твердым раствором алюминия в α – железе, концентрация алюминия в поверхностном слое около 30%. Толщина слоя 0,2-1,0 мм, твердость (на поверхности) до 500HV, износостойкость низкая.

Хромирование - насыщение поверхностного слоя стального изделия хромом, обеспечивающее высокую коррозионную стойкость в морской воде и азотной кислоте и окалиностойкость до 800⁰С.

Диффузионный слой, получаемый при хромировании стали с содержанием 0,3 % С, приобретает высокую твердость (1200-1300 HV) и износостойкость. Он состоит из твердого раствора хрома в α – железе и карбидов хрома.

Диффузионный слой, получаемый при хромировании технического железа, состоит из твердого раствора хрома в α – железе, его твердость составляет 250-300 HV.