Упрочнение элементов долота закалкой

Закалка 17Г1С малоуглеродистых кремнемарганцовистых конструкционных низколегированных сталей технически возможна, несмотря на низкое содержание углерода (<0,2 %), в связи с изменением размеров зерна их аустенита и его химического состава при фазовых превращениях вблизи температур Ас1, по сравнению с аустенитом нелегированных низкоуглеродистых сталей (которые в этих условиях не закаливаются). Закалка стали S355 идет за счет  превращения твердого раствора С в Fe [8].

При правильно выбранной температуре и скорости нагрева малоуглеродистых кремнемарганцовистых сталей удается после закалки уменьшить размер аустенитного зерна до 20-30 мкм, что и приводит к упрочнению детали [9]. Исходя из справочных данных температура закалки таких сталей не должна превышать 950 ^оС, скорость нагрева - 200 ^оС/мин и выше (реализуется при ТВЧ-нагреве), закалочная среда - вода, горячая вода, солевые растворы [10].

Таким образом, для осуществления упрочнения долота способом ТВЧ-закалки, с учетом его сложной формы и возможными термическими напряжениями, рекомендуются следующие технологические режимы: нагрев в индукторе оптимизированной формы со скоростью 200-400 ^оС/мин; температура закалки 880-900 ^оС; закалочная среда - вода.

Упрочнение элементов долота наплавкой порошковых смесей

В настоящее время порошками и смесями порошков из твердых, износоустойчивых сплавов наплавляют детали, рабочие поверхности которых подвергаются интенсивному абразивному износу или испытывают ударную нагрузку в процессе работы (буровой инструмент, зубья ковшей экскаваторов, лемеха плугов, клапаны, центры токарных станков, штампы и режущий инструмент) [11]. Долота анкерных сошников по величине износа и параметрам работы соответствуют этой группе деталей машин, поэтому упрочнение их изнашивающихся элементов наплавкой порошковых смесей является наиболее целесообразным.

Известно, что наплавке лучше всего поддаются низкоуглеродистые стали с содержанием С не выше 0,4-0,6 %, а также низколегированные хромоникелевые, хромованадиевые и ванадиевые конструкционные стали. Марганцовистые, хромомолибденовые, кремнистые стали, стали с содержанием С выше 0,65 % и чугуны, склонные к закалке и трещинообразованию при наплавке, труднее поддаются наплавке, и для получения качественного упрочняющего покрытия требуют предварительного подогрева основы до 500-650 ^оС.

Учитывая низкое содержание углерода и повышенное содержание марганца и кремния в стали S355, из которой изготовлены долота, упрочнение их элементов наплавкой следует осуществлять при ТВЧ-нагреве по способу Ростовского НИИТМа [11], нанесением на упрочняемую поверхность готовой шихты, содержащей порошковые наплавочные материалы и флюс, ее предварительный ТВЧ-нагрев вместе с шихтой, последующее расплавление твердого сплава, его наплавку и кристаллизацию, контролируемое остывание упрочненной детали в условиях, исключающих закалку металла основы.

В настоящее время в России большинство порошковых наплавочных материалов выпускается в виде готовых механических смесей или измельченных в порошок твердых, износостойких сплавов (ПС, ПГ, ПР, ФБХ, БХ, КБХ и пр.), состав и свойства которых отвечают ГОСТ 21448-75. Порошки из сплавов для наплавки. Технические условия [12].

При реализации этого способа упрочнения долот используются следующие порошковые наплавочные материалы: ПГ-ФБХ6-2; ПГ-10Н-01; ПС-14-60; ПГ-С25 или ПГ-УС25 (варианты), образующие после наплавки на упрочняемой поверхности детали эвтектические чугуноподобные слои состава Fe-Cr-Ni-Mn-C-B-Si, упрочненные карбидами, боридами и карбоборидами железа и лигирующих элементов.

Для осуществления упрочнения долота наплавкой порошковой смеси выбранный порошковый твердосплавный материал предварительно смешивается с порошком флюса (боратный, АН-348А, и др.), содержание которого в готовой шихте не превышает 10-15 %, полученную шихту наносят на упрочняемую поверхность и осуществляют ее ТВЧ-наплавку при выбранном режиме в индукторе оптимизированной формы. Полученную после наплавки заготовку можно подвергать термической обработке различными методами (закалка, отпуск и пр.)

Упрочнение элементов долота скоростным ТВЧ-борированием

Для упрочнения элементов долота скоростным ТВЧ-борированием, по результатам анализа литературных источников и работ, проведенных ранее, нами было предложено комплексное применение нагрева борируемой стали и насыщающей среды токам высокой частоты (ТВЧ), совмещение процессов диффузионного борирования из жидкой и твердой среды и перевод диффузионного процесса борирования в химическое взаимодействие между элементами Fe и B, осуществляемое на поверхности упрочняемой стальной детали [13].

Образующиеся при скоростном ТВЧ-борировании покрытия представляют собой композиционные металлокерамические материалы, состоящие из измененного по химическому составу стального подслоя, разделенного диффузионной границей от упрочняющего слоя, состоящего из матрицы железо-боридной эвтектики с распределенными в ней частицами цементита, боридов железа, карбоборидов железа и легирующих сталь элементов (Cr, Mn и др.), обеспечивающие его дополнительное дисперсное упрочнение [14].

Скоростное ТВЧ-борирование осуществляется при ТВЧ-нагреве, расплавлении и выдержки на поверхности стальной детали в течении оптимального времени и при оптимальной температуре порошковой смеси (шихты) следующего состава: карбид бора (или аморфный бор) 85-90 %, плавленный флюс для индукционной наплавки П-0,66 - 10-15 %.

Плавленый флюс П-0,66, состоящий из прокаленной буры, борного ангидрида, силикокальция и сварочного флюса АН-348А в масс. %: 30, 20, 10, 40, является активным компонентом борирующего состава и выполняет функции: транспортной среды, расплавляясь и переводя процесс борирования с использованием ТВЧ-нагрева из твердофазного в квазижидкостный; защищает образующийся слой упрочняющего покрытия от окисления; осуществляет смачивание и очистку поверхности сталей от окислов и продуктов реакции; генерирует активный бор для борирования, восстанавливая его из карбида и оксида; а также проявляет дополнительное борирующее воздействие, образуя ионные формы бора из его соединений при высоких температурах.

Для осуществления упрочнения элементов долота скоростным ТВЧ-борированием на них наносят предварительно подготовленную шихту, помещают заготовку в индуктор оптимизированной конструкции, осуществляют нагрев детали с шихтой, ее расплавление и выдержку детали в индукторе при температуре 1200-1300 ^оС в течение 0,5-1 мин. Полученную после борирования заготовку также можно подвергать термической обработке.