Спосіб обробки сталевих деталей

Спосіб обробки сталевих деталей, що включає їх дифузійне насичення, нагрів під гартування у борвмісній суміші у металевому коробі та гартування, який відрізняється тим, що процес дифузійного насичення та нагрів під гартування деталей здійснюють одночасно при температурі 900950°С в металевому коробі, причому вказані деталі додатково присипають шаром порошкової суміші наступного складу, мас.%: KBF4 10-25 В2О3 20-30 аморфний бор 10-20 Na2CO3 20-25 SiC решта. Винахід відноситься до металургії, а саме до хіміко-термічної обробки (ХТО) виробів із сталі, зокрема до борування і може бути використаний для зміцнення поверхні інструменту та деталей в машинобудуванні. Відомий спосіб зміцнення деталей зі сталі (1), згідно з яким застосовують контроль за швидкістю росту борованих шарів, внаслідок чого більш крихка фаза FeB не утворюється, або має мінімальні розміри. У способі (1) регулювання швидкості росту шару боридів в інтервалі 1,1 - 2,8мм/хвил. Недоліком цього способу є підбір технічних пристроїв для кожної окремої форми деталей. Для захисту поверхні при термообробці, а також для дифузійного насичення у винаході (2) використовують карбонат кальцію, водорозчинний борат лужних та лужноземельних металів. Недоліком є нерівномірність дифузійного насичення після ХТО. Крім того, близькою за результатом є боруюча суміш, (3) до складу якої входять: 3-5 мас.% B4C, 2-4 мас.% KBF4, 10-30 мас.% CaF2, 61-85 мас.% SiC і яку використовують як пасту, або як порошкову суміш для борування деталей з нагрівом до температури 850-1100°С безпосередньо в печі, або в металевому контейнері. В зазначеному способі борування (3) виникає велика різниця між мікротвердістю боридного шару та матрицею (ΔН=10 ГПа) без перехідного прошарку між ними, що не сприяє підвищенню експлуатаційних якостей поверхні борованих деталей. Крім того, він призводить до інтенсивного утворення тріщин в боридному шарі. Відомий також, обраний як найближчий аналог, спосіб обробки сталевих деталей (4), що включає дифузійне насичення, нагрів під гартування в борвмісній суміші та гартування. Перед гартуванням деталь покривають суспензією, що містить 60-40 мас.% бури, 40-60 мас.% графіту та інше вода. Недоліком способу (4) є відсутність перехідної зони необхідної товщини між шаром боридів та матрицею з високими мікромеханічними властивостями, які впливають на експлуатаційні характеристики зміцнених деталей. Крім того, він технічно ускладнює та збільшує тривалість обробки деталей. В основу винаходу поставлена задача: у способі обробки сталевих деталей шляхом введення порошкової суміші іншого складу та об'єднання (19) UA (11) 94237 (13) C2 (21) a200801126 (22) 30.01.2008 (24) 26.04.2011 (46) 26.04.2011, Бюл.№ 8, 2011 р. (72) СПИРИДОНОВА ІРИНА МИХАЙЛІВНА, КОЛЮЧА ВАЛЕНТИНА ДМИТРІВНА, МОСТОВИЙ ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, МІКАЕЛЯН ЮЛІЯ ОЛЕКСАНДРОВА, ФЕДОРЕНКОВА ЛЮБОВ ІВАНІВНА (73) ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ОЛЕСЯ ГОНЧАРА (56) UA, 75824, C2, 15.04.2006 RU, 2221078, C2, 10.01.2004 US, 6245162, B1, 12.06.2001 KR, 920004014, B1, 22.05.1992 KR, 920004015, B1, 22.05.1992 JP, 03010062, A, 17.01.1991 3 94237 процесів дифузійного насичення та нагріву під гартування одержати покращені механічні властивості сталевих виробів та скоротити тривалість обробки деталей. Поставлена задача вирішується тим, що у способі обробки сталевих деталей, що включає дифузійне насичення та нагрів під гартування в борвмісній суміші у металевому коробі та гартування, згідно з винаходом процес дифузійного насичення та нагрів під гартування здійснюють одночасно при температурі 900-950°С для деталей, які розміщені в металевому коробі та присипані шаром порошкової суміші наступного складу, мас.%: KBF4 10-25 В2 О3 20-30 аморфний бор 10-20 Na2CO3 20-25 SiC решта. Результати обробки за найближчим аналогом (4) та запропонованим способом приведено в табл.1, 2. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Порошок запропонованого складу: 25 мас.% В2О3 + 20 мас.% KBF4 + 10 мас.% аморфного бору + 25 мас.% Na2CO3 + 10 мас.% SiC разом з деталями поміщають в металевий короб з кришкою та присипають деталі шаром цього порошку товщиною 3-5мм. Далі короб з деталями та порошковою сумішшю поміщають в піч, нагрівають та витримують протягом 30 хвилин при температурі 900950°С. Після закінчення обробки проводять гартування деталей. В результаті формується дифузійний шар товщиною 200-500мкм, при цьому товщина боридів - 20-60 мкм. Реалізація запропонованого способу обробки деталей дозволяє одержати необхідні фізикохімічні та механічні властивості на поверхні сталевих деталей, та економію енергії. Приклад 1 Обробку деталей зі сталі 40Х проводили згідно винаходу, що заявляється: одночасне дифузійне 4 насичення та нагрів під гартування при температурі 930±10°С протягом 30 хвилин деталей, розміщених у металевому коробі та присипаних шаром 3-5мм порошкової суміші наступного складу, мас.%: KBF4 20 В2О3 25 аморфний бор 15 Na2CO3 25 SiC 15. Після цього деталі гартували. В результаті отримали шар боридів товщиною 60-70 мкм, а мікротвердістю 15-16 ГПа. Мікротвердість та товщина підшарку складала 7-8 ГПа та 350-400мкм відповідно. З приведених результатів видно, що при застосуванні запропонованого способу на поверхні деталей формується зона дифузійного насичення з плавним переходом мікротвердості між боридним шаром та матрицею. Це приводить до покращення експлуатаційних характеристик зміцненої поверхні. Крім того, проведення ХТО та нагріву під гартування одночасно скорочує тривалість обробки та дозволяє підвищити коефіцієнт використання печі. Наведений приклад підтверджує досягнення технічного результату при здійсненні заявленого способу. Запропонована ХТО деталей технічно проста та можлива для використання на будь-якій термічній ділянці для деталей, виготовлених з низько-, середньо-, високовуглецевих та низьколегованих сталей. Джерела інформації: 1. Способ получения монофазы борида железа Fe2B. Патент Украины (19)UA (11)75824 (13)C2. 2. Борирующее вещество в форме пасты. Патент США US 2002 1003360 30 Α1. 3. Борирующее вещество. Патент США US 6, 245, 162, В1. 4. Способ обработки стальных изделий. Патент Российской Федерации RU (11)2221078 (13)C2. Таблиця 1 Вплив складу суміші на властивості дифузійної зони В2О3 1 10 20 25 30 40 25 25 25 25 25 25 За найближчим аналогом Склад суміші, мас.% Бор KBF4 Na2CO3 аморф. 2 3 4 20 20 25 20 20 25 20 20 25 20 20 25 20 20 25 5 20 25 10 20 25 15 20 25 20 20 25 30 20 25 15 25 25 SiC 5 25 15 10 5 0 25 20 15 10 0 30 930 30 40-50 100-120 Режим обробки Товщина бо- Товщина ридного шару, підшарку, Т, ±10° , хв. мкм мкм 6 7 8 9 930 30 100-150 200-350 45-55 350-400 250 100-150 20-25 80-100 30-40 200-250 45-50 320-350 30-40 250-300 25-30 80-100 100-150 (4) Примітки 10 Приклад Приклад заявлено Приклад Приклад Приклад Приклад заявлено Приклад Приклад Приклад 5 94237 6 Продовження таблиці 1 1 25 25 25 25 25 25 25 25 25 2 15 15 15 15 15 15 15 15 15 3 10 20 25 40 20 20 20 20 20 4 25 25 25 20 10 20 25 30 35 5 25 15 10 0 30 20 15 10 5 6 7 8 30-40 45-52 40-50 30-50 45-52 9 280-300 300-320 200-300 100-250 250-280 280-300 300-320 280-300 250-280 10 Приклад заявлено Приклад Приклад Приклад Приклад заявлено Приклад Приклад Таблиця 2 Вплив температури процесу обробки на властивості дифузійної зони Т, ±10° 820 900 930 950 1000 Товщина боридного шару, мкм 40-45 45-50 50-55 50-60 Комп’ютерна верстка А. Рябко Товщина підшарку, мкм Примітки 50-100 300-350 350-400 380-450 400-500 Приклад Приклад заявлено Приклад Приклад Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601