Борирование

Борирование — процесс насыщения поверхностного слоя детали бором. Назначение борирования — повысить твердость, сопротивление абразивному износу и коррозии в агрессивных средах, теплостойкость и жаростойкость стальных деталей. Существует два метода борирования: жидкостное электролизное (внедрено в производство) и газовое борирование (опробовано в лабораторных условиях).

Наиболее распространенным является жидкостное электролизное борирование: в тигель с расплавленной бурой помещают обрабатываемую деталь (катод) и графитовый стержень (анод), через которые пропускают постоянный ток для создания процесса электролиза. Оптимальная температура борирования 920—950° С Основным оборудованием являются печи-ванны с электрическим или газовым обогревом.

при плавлении теряет воду

и диссоциирует с образованием атомарного бора. Образующийся атомарный бор диффундирует в поверхность детали. Оптимальный режим борирования: плотность тока на катоде0,15—0,20 А/см2, напряжение 2—14 В, температура 930—950° С, выдержка 2—4 ч; при этом получается диффузионный слой толщиной 0,15—0,35 мм.

Повышение плотности тока, температуры и длительности процесса незначительно увеличивает толщину слоя при одновременном возрастании его хрупкости. Кроме того, повышение температуры приводит к уменьшению срока службы оборудования, увеличению расхода сырья и ухудшает структуру основного металла. Понижение температуры уменьшает скорость диффузии и замедляет процесс борирования.

Детали, подвергаемые борированию, должны иметь чистую поверхность. Окалину и ржавчину удаляют дробеструйной обработкой. Для удаления следов масла и других загрязнений детали протирают ветошью, сухой или смоченной бензином. Местная защита поверхностей, не подвергаемых борированию, осуществляется гальваническим омеднением или электролитическим хромированием (более надежный способ).

Обрабатываемые детали помещают в ванну в специальных приспособлениях-держателях. По окончании процесса ток выключают, детали вынимают и охлаждают на воздухе до 60—80° С; для растворения налипшей буры детали кипятят в воде в течение 1—2 ч. Оставшуюся буру очищают металлической щеткой. В процессе борирования расплавленная бура выгорает, уносится из ванны вместе со шлаком и деталями, поэтому необходима систематическая добавка буры в ванну. После борирования детали подвергают в большинстве случаев закалке и отпуску для упрочнения сердцевины, так как наличие вязкой сердцевины может привести в процессе работы к продавли-ванию борированного слоя. Рекомендуется проводить непосредственную закалку с температуры борирования с подстуживанием или без подстуживания. Температура отпуска определяется условиями работы сердцевины, так как отпуск не влияет на свойства борированного слоя.

Основные дефекты борированной поверхности после электролизного борирования: местное оплавление (детали расположены близко к графитовому электроду), разъедание поверхности, волосные трещины (повышенная плотность тока и неправильное охлаждение).

Недостатками электролизного борирования являются: низкая стойкость тиглей в результате разъедания их бурой, невозможность обработки деталей сложной формы, засорение расплавленной буры кусками электродов, что приводит к замыканию деталей с электродом.

Газовое борирование — более совершенный метод насыщения бором. Оно проводится в активных газовых средах и при более низких температурах. Но применяемые газовые смеси токсичны и взрывоопасны, что и ограничивает применение газового борирования.

Применяют смесь диборана с водородом в соотношении

При температуре выше 500° С диборан разлагается на активный бор и водород. Температура процесса 850° С, время выдержки 3—4 ч, толщина слоя 0,15—0,20 мм.

Борированию подвергают траки, детали нефтяного оборудования и другие детали из углеродистых и легированных сталей с различным содержанием углерода (20, 18ХГТ, 15X11МФ, Х23Н18, 45, 40Х, Х12, У10 и др.), работающие в условиях абразивного износа.

  (рис. 118). Борированная сталь теплостойка до 900—950° С и жаростойка до 800° С.

Борированные слои обладают высокой коррозионной стойкостью в растворах кислот (кроме азотной), солей и щелочей. Недостатком борированных слоев является их высокая хрупкость. Однако при соблюдении ряда условий (выбор правильной конструкции деталей без острых углов, абразивный характер износа, удаление продуктов износа с трущихся поверхностей и т. д.) бо-рирование является эффективным методом поверхностного упрочнения деталей.