книги из ГПНТБ / Многокомпонентные диффузионные покрытия

типичных борированных слоев. При этом возможно некоторое легирование их хромом.

В интервале концентраций 5—15% Сг20 3 диффузионный слой состоит из сложных боридов (Fe, C r)В и (Fe, Сг)2В; глубина его составляет всего 5—10 мк. При больших концент­ рациях окиси хрома процесс постепенно переходит в чистое хромирование: на железе образуются слои a -твердого раство­ ра, а на стали 45 — слои карбидного типа (Сг23С6+ С г7Сз).

Поверхностная твердость борохромированных слоев, по данным наших исследований, составляет 2200—2300 кГ/мм2.

В работе [83] приводятся более низкие значения твердо­ сти: 1700—1900 кГ/мм2.

Свойства В — Сг покрытий изучены недостаточно. В рабо­ те [321] имеется указание, что совместное легирование сталей бором и хромом позволяет получить диффузионные слои нам­ ного «эластичнее» борированных.

Аналогичные данные приводятся в работе [83]. О величине хрупкости судили по величине усилия, необходимого для ска­ лывания слоя по ребру образца квадратного сечения. Это усилие для борохромированной стали 45 составляет величину 200—250 кГ, а для борированной стали — 150 кГ.

В работах [83, 321] отмечается высокая износостойкость борохромированных сталей. Износостойкость борохромиро­ ванной стали 45 в 9 раз выше, чем термообработанной (HRC

26—28).

Производственное апробирование процесса борохромирования проведено в условиях Курского комбината химического волокна на насадках обогревательных элементов крутильно­ вытяжных машин. Последние работают в условиях абразив­

2—3 сут. Борохромированные проработали больше двух меся­ цев, при этом качество волокна улучшилось.

К сожалению, в работах [321, 324] не приведено сравни­ тельных данных по стойкости борированных п борохромиро­ ванных изделий и это не позволяет сделать соответствующих выводов о преимуществах того или иного способа упроч­ нения.

3. БОРОВОЛЬФРАМИРОВАНИЕ И БОРОМОЛИБДЕНИРОВАНИЕ

182

(Na2M o04 или Na2W 04) при температурах 950—1100 °С и плотностях тока от 0,05 до 0,55 а/см2 [323]. Изучению подвер­ галась вся гамма расплавов от чистой буры до 100% молибдената или вольфрамата (через каждые 10%).

На основании полученных результатов построена струк­ турная диаграмма, показывающая необходимые условия об­

Рпс. 77. Структурная диаграмма электролизного.насыщения бором совмест­ но с молибденом и вольфрамом: /=1000°С, т=1 ч

Приведенная на рис. 77 структурная диаграмма свидетель­ ствует об образовании слоев только двух типов — борированных и молибдеішрованных или вольфрамированных. Боридные покрытия состоят из борндов FeB и Fe2B (вероятно, легиро­ ванных в определенной степени молибденом и вольфрамом). В средней области концентраций диффузионные слои не обра­ зуются. Очевидно, при электролизе указанных расплавов на катоде выделяются атомы бора и металла в соотношениях, необходимых для образования боридов молибдена или вольф­ рама. Последние образуются в прикатодном пространстве и участия в формировании слоя не принимают. Свойства борндных покрытий, образующихся в интервале концентраций до

30—35% Na2Mo04 (Na2W 04), не изучены.

183

4. Б О Р О Т И Т А Н И Р О В А Н И Е

Одновременное легирование поверхности стальных изде­ лий бором и титаном можно проводить из порошков титан- и борсодержащих веществ с добавкой активаторов [23] или пу­ тем электролиза расплавов системы Na2B4Ö7 — ТЮ2 [321]. В первом случае чаще всего используются порошковые сме­ си на основе карбида бора и ферротитана (чистого титана). Так, например, в работе [23] насыщение осуществлялось из смесей, основными компонентами которых являлись: карбид бора, ферротитан (47% Ті), бура, хлористый аммоний и хло­ ристый натрий (табл. 48) [23].

Сувеличением в насыщающей смеси ферротитана глубина

имикротвердость слоя снижаются. Минимальные значения указанных величин получены в смесях с 65% ферротитана. При меньших содержаниях титана наблюдается преимущест­

венно борирование, при больших — планирование. В смесях с 60—68% ферротитана происходит сильное обезуглерожива­ ние поверхности сталей.

Увеличение содержания углерода в стали затрудняет на­

[20, 325] на жаропрочном сплаве ЖС6К — минимум глубины слоя обнаружен при 50% Ті. Отмеченная закономерность объясняется взаимодействием бора и титана в насыщающей смеси. В обработанных смесях, соответствующих минимуму на диаграмме глубина слоя — состав смеси, рентгеноструктур­ ным анализом обнаружен борид ТіВ2 [325]. В этой связи ин­ тересно отметить, что минимум в глубине слоя для техниче­ ского железа и сплава ЖС6К имеет разные координаты, последнего не должно было бы быть, если бы отмеченная за­ кономерность определялась только процессами взаимодейст­

184

венная роль в закономерностях формирования комплексных покрытий принадлежит взаимодействию диффузантов с насы­ щаемым металлом и между собой в диффузионном слое.

Электролизное боротитанирование проводится из распла­ вов Na2B40 7 — Ті02 при температурах 950—1050 °С п плотно­ сти тока 0,2—0,4 а/см2.

Свойства В — Ті покрытий практически не изучены. Из приведенных в работе [23] данных следует, что боротитанированные слои имеют меньшую твердость, чем борированные. Однако в работе [321] имеется обратное утверждение. Там же отмечается, что они имеют высокую износостойкость: из всех испытанных на насадках обогревательных элементов покры­ тий В, В — Сг, В — А1, В — Ті максимальную износостойкость показали В — Ті покрытия.

От высокотемпературного окисления боротитанированные покрытия как железо, так и сплав ЖС6К не защищают [325].

5. БОРОЦИРКОНИРОВАНИЕ

Одновременное насыщение стальных изделий бором и цир­ конием осуществляется путем электролиза расплавов буры с добавкой Zr02 постоянным и реверсированным током [325, 327]. В работе [327] рекомендована следующая технология бороцирконирования: процесс проводится из расплава 95% Na2B40 7 + 5% Zr02 при температуре 900 °С, плотности тока на катоде 0,2 а/см2 в течение 2 ч, в графитовом тигле, который используется в качестве анода. Описанный режим насыщения обеспечивал получение на среднеуглеродистой стали диффу­ зионного слоя толщиной 130—140 мк. Применение реверси­ рованного тока с параметрами тр=1,2—1,8 сек, та= 0,4 сек, DK: Da= 0,2 а!см2: 0,2 а)см2 и 0,4 а!см2: 0,2 а/см2 при услови­ ях, аналогичных описанным выше, увеличивает глубину слоя на 30—40%.

Увеличение концентрации двуокиси циркония в расплаве сопровождается значительным снижением глубины слоя.

По форме бороциркопированные покрытия практически не отличаются от боридных. Рентгеноструктурным анализом ус­ тановлено [327] наличие в слое, помимо боридов FeB и Fe2B, борида циркония ZrB2 и карбида циркония ZrC. Высказано также предположение о существовании в слое интерметаллида

ZrFe2.

На наш взгляд, фазовый состав В — Zr покрытий нужда­ ется в уточнении.

Применение реверсированного тока не изменяет фазового состава слоя, но заметно снижает его хрупкость (табл. 49) [326]. Подобное влияние реверсированного тока связывается

185

авторами с более благоприятными величиной и характером распределения внутренних напряжений в слое.

В работе [326] отмечается высокая износостойкость боро-

бороцирконированная уступает ей в износостойкости. В усло­ виях динамических нагрузок наблюдается обратная законо­ мерность. Испытания на износ в условиях динамического на­ гружения проводились на специально модернизированной ма­ шине МФТ-1 в паре с бронзовым (БрОЦС-5-5-5) контртелом при максимальной нагрузке 100 кГ/мм2, скорости скольжения 0,1 м/сек при применении смазки УСс с 10 % абразива.

Динамические нагрузки характеризовались коэффициен­ том динамичности Кд, равным отношению максимальной на­ грузки к средней.

При увеличении коэффициента динамичности от 1 до 2 износ бороцирконированной с использованием постоянного и реверсированного тока стали увеличился в 1,5 раза. Величину того же порядка имел износ борированной с использованием реверсированного тока стали, в то время как износ стали, бо­ рированной с использованием постоянного тока, увеличился в 30 раз. Бороцирконированные стали, по данным работы [326], выдерживали также большие удельные нагрузки без образования в покрытии микротрещин по сравнению с борированными по обычной технологии (табл. 50) [326].

Анализ приведенных в работе [326] данных свидетельст­ вует о том, что бороцирконированные стали не обладают ка­ кими-либо преимуществами перед борированными с использо­ ванием реверсированного тока в условиях износа с динамиче­ ским характером нагружения, но несколько превосходят стали, борированные с использованием постоянного тока, т. е. по обычной технологии. По жаростойкости бороцирконироваиные стали заметно уступают борированным. Этот вывод сде­ лан на основании сравнения результатов исследования скоро-

186

начинается уже при температуре 750 °С. Борированные образ­ цы интенсивно окисляются при температурах выше 850 °С.

Бороцирконированные стали обладают высокой коррозион­ ной стойкостью в некоторых агрессивных средах. Так, но данным работы [326], бороцирконированные стали обладают большей химической стойкостью в водных растворах соляной кислоты, чем борированные (табл. 51) [321]. Коррозия всех образцов носила язвенный характер.

6.БОРОФОСФОРИРОВАНИЕ

Внастоящее время известен лишь один способ одновремен­ ного насыщения металлов и сплавов бором и фосфором — электролизный [329]. Для насыщения используются распла­ вы системы Na2B4C>7—Na3P 0 4. Покрытия образуются в доволь­ но узком интервале концентраций расплавов: 50—70%

Na2B4O7+ 30 —50% Na3P 0 4 (рис. 78). В расплавах, содержа­ щих более 70% Na2B4C>7, образуются боридные слои, а при

187

содержании буры ниже 40% — пористые фосфидные слои

(РегР + а-фаза).

Процесс следует проводить при температурах 750—800 °С и катодной плотности тока 0,1—0,3 а/см2. Плотные борофосфорированные слои образуются лишь в указанном выше темпе­ ратурном интервале. Повышение температуры процесса при-

600 L_______ J___________________________ _________

Рис. 78. Диаграмма состав расплава — глубина слоя для электролизного борофосфорирования

188

водит к появлению пористости в диффузионном слое и ослабле­ нию его связи с основой. Время насыщения определяется требуемой глубиной слоя и обычно составляет 2—4 ч. При

ный слой представляет собой борид Fe2B, легированный фос­

189

Износостойкость борофосфорированных сталей значитель­ но выше, чем фосфорированных, и не уступает износостойко­ сти борированных сталей (табл. 53). Износостойкость опре­ делялась на машине типа Шкоды — Савина.

Способ электролизного борофосфорирования может быть использован для поверхностного упрочнения сравнительно слабонагруженных деталей машин и инструмента (например, мерительного). Дополнительной термической обработки в данном случае не требуется.

7. БОРОМЕДНЕНИЕ

Боромеднение может быть использовано для поверхност­ ного упрочнения деталей машин и инструмента взамен борирования.

Борирование сталей, легированных медью, несколько сни­ жает хрупкость боридного слоя [76]. Вероятно, аналогичного эффекта можно ожидать при комплексном легировании ста­ лей бором и медью.

В работе [276] для насыщения среднеуглеродистых сталей

Процесс проводили при температуре 950 °С в течение 6 ч в кон­ тейнерах с плавкими затворами.

В наших исследованиях использован алюминотермический метод боромеднения в смесях следующего состава:

99 - 97% [80% А120 з % 20%(75%ВаО3 + 25% А1)] +

-г 0,5 — 2,5%СиО % 0,5%NaF.

Использованная технология насыщения была аналогична описанной в работе [276]. Насыщение проводилось при 1000 °С в течение 4 ч. ~

Введение в насыщаемую смесь меди или окиси меди в ис­ следованных количествах снижает глубину боридной части слоя в 1,5—2 раза. При больших содержаниях меди (СиО) процесс насыщения существенно осложняется.

По основным механическим характеристикам боромедненные среднеуглеродистые стали мало отличаются от бориро­ ванных (табл. 54) [276].

Боромеднение в меньшей степени снижает пластичность стали, чем борирование [331]. Борированные образцы раз­ рушаются при первом цикле деформирования. Добавки в ре­ акционную смесь небольших количеств меди существенно

190

повышают пластичность диффузионного слоя. Последнее, по всей вероятности, связано не только (и, может быть, не столь­ ко) с присутствием меди в слое, но и с уменьшением в нем содержания высокобористой фазы. Об этом косвенно свиде­ тельствуют результаты измерения твердости боромедненных образцов. В результате боромеднения микротвердость диффу­

В условиях трения скольжения со смазкой боромедненные углеродистые стали по износостойкости находятся на уровне борированных.

При испытании на абразивный износ по закрепленному

машина были аналогичны описанным в работе [277]. Приве­ денные данные интересны, но их нельзя рекомендовать для промышленного использования.

Несомненна необходимость проведения систематических сравнительных исследований скоростей формирования свойств В—Си и боридных покрытий как с двухфазным, так и осо-

191