Борирование

Борирование — насыщение поверхности металлов и сплавов бором с целью повышения твердости и износостойкости, а также корро­зионной стойкости. Борированию подвергают стали перлитного, ферритного и аустенитного классов, никелевые сплавы и тугоплавкие металлы. Борирование проводят в порошковых смесях, в расплавах солей и окислов, в газовых средах и из паст.

При борировании железа в соответствии с диаграммой Fe—В покрытие состоит из ромбического борида FeB и тетрагонального борида Fe₂B, образующих характерные столбчатые кри­сталлы. Рост боридных фаз указывает на то, что бориды имеют области гомогенности, не отмеченные на диаграмме состояния Fe—В. Под слоем боридов располагается переходный слой из α - раствора бора в железе. При нагреве бориды устойчивы: FeB до 800 °С, a Fe₂B до 1000 °С. Установлено, что углерод сталей полностью вытесняется из зоны боридов вглубь и в зависимости от вида легирующих элементов в стали образует узкую или широкую переходную зону. У сталей, легированных карбидообразующими элементами, которые, кроме образования карбидов, снижают коэф­фициент диффузии углерода в аустените, образуется узкая пере­ходная зона. Хром и марганец при борировании диффундируют в зону боридов, образуя (Fe, Mn, Сr) В и (Fe, Mn, Сr)₂В, которые по строе­нию аналогичны боридам FeB и Fе₂В. Кремний при борировании диффундирует из зоны боридов вглубь, обогащая зону α - фазы, а при большом количестве кремния в переходной зоне может образоваться графит и феррит. Тогда боридный слой будет скалываться. Вообще боридный слой хрупкий. Наибольшей хрупкостью обладает борид FeB (микротвердость 20000 МПа) по сравнению с Fe₂B (микротвердость 14500 МПа). При борировании инструментальных сталей ХВГ, Х12М, Р9 и Р18 микротвердость достигает 24500 – 34350 МПа и износостойкость значительно повышается.

Борирование в порошковых смесях проводится при использовании смеси из 30 % B₄C + 70 % Na₂B₄O₇ при температурах 850 – 1000 ^оС в течении 2 – 6 часов.

Титанирование

Титанирование — насыщение поверхности деталей титаном. Титанирование проводят с целью повышения коррозионной и кавитационной стойкости, а также поверхностной твердости и износостой­кости сталей, чугунов и цветных сплавов. Титанирование проводят в порошковых смесях, в расплавах солей электролизным и без­электролизным способом, в паровой фазе с использованием вакуума, в газовых смесях и в пастах с нагревом ТВЧ.

Различные стальные детали титанируют в смеси из 75 % порошка малоуглеродистого FeTi, 15 % CaF₂, 4 % NaF и 6 % НС1. Например, при насыщении стали с 0,3 % С в течение 8 ч при 1150 °С образуется диффузионный слой толщиной 300—500 мкм с концентрацией титана в тонкой по­верхностной зоне до 80 %. По границам зерен и внутри столбчатых зерен этой поверхностной зоны располагается карбид титана, в ре­зультате чего поверхностная микротвердость достигает 22 000— 27 000 МПа.

Для титанирования с нагревом ТВЧ рекомендуется паста из 70 % FeTi и 30 % Na₃AlF₆. При скорости нагрева 50 град/с, температуре 1150—1250 °С, выдержке 5—7 мин глубина титанированного слоя на армко-железе составляет ~70 мкм.

Для титанирования чугуна применяют смесь из 25 % Ti, 50 % MgO, 15 % Mg и 10 % MgCl₂. Разработаны два варианта электролиз­ного титанирования.

По первому варианту титанирование проводят в титановом тигле, который является растворимым анодом, в электро­лите КС1—NaCl—TiCl₂ при концентрации Т1С1₂ в пересчете на ти­тан ~5 %. Над зеркалом ванны создается защитная атмосфера ар­гона. Оптимальная плотность тока устанавливается 0,1—0,3 А/см² в зависимости от температуры процесса, которая колеблется в пре­делах 800—900 °С.

По второму варианту электролизное титанирование проводят при отсутствии растворимого титанового анода в расплаве из 16 % KaTiF₆ и 84 % NaCl. Анодом служит графит, а над зеркалом ванны создается атмосфера аргона. Температура процесса 850—900 °С, напряжение 3—6 В и плотность тока 0,95 А/см². В эту ванну рекомендуют также вводить титановую губку.

В связи с тем что титан является весьма активным карбидообразующим элементом при титанировании сталей и углеродсодержащих твердых сплавов, на поверхности образуется слой из карбида титана. Существуют различные способы получения карбида титана на поверхности сплавов. Оригинальной является отечественная тех­нология получения карбидного покрытия из газовой среды содержащей хлориды титана. 210-236 с.[5]

Рекомендуемая литература

1. Сулима А.М. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин./ А.М. Сулима, А.Б. Шулов, Ю.Д. Ягодкин. – М. : Машиностроение, -1988. -240 с.

2. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин./ М.М. Тененбаум. – М.: Машиностроение, -1966. -332 с.

3. Технология электрической сварки металлов и сплавов./ Под ред. Патона Б.Е. – М.: Машиностроение, -1974. - 768 с.

4. Киффер Р. Твердые материалы./ Р. Киффер , Ф. Бенезовский . Перевод с нем. – М.: Металлургия, -1968. - 384 с.

5. Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов./ Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. – М.: Металлургия, -1985. - 256 с.

Экзаменационные вопросы

По курсу «Поверхностные физико-химические процессы» для студентов специальности 050504. Составил: доц. Алистратов В.Н.