Склад порошкової суміші для бороміднення сталевих виробів

Реферат: Склад для бороміднення сталевих виробів містить мідьвмісний матеріал та технічний карбід бору. Додатково містить фторопласт, а як мідьвмісний матеріал використаний порошок Сu 2О. UA 83894 U (12) UA 83894 U UA 83894 U 5 10 15 20 25 30 Корисна модель належить до хіміко-термічної обробки матеріалів і може бути використана в машинобудуванні, суднобудуванні, харчовій промисловості, інструментальному виробництві для зміцнення інструменту, оснащення деталей і вузлів, що працюють в умовах зносу. Відомий склад для бороміднення сталевих виробів (а. с. № 1573051, С23С 8/70, 1988 p.), що містить 2-6 % по масі хлористої міді, аморфний бор - 46; технічний карбід бору - решта та (а. с. № 1544840, С23С 12/02, 1988 p.), що містить 40-44 % по масі технічного карбіду бору, окис міді 32-40 % по масі, порошок міді - 2-4 % по масі, фтористий натрій - 8-12 %, порошок титану - 810 % по масі. Недоліком відомого складу для комплексного борування сталей є висока крихкість і пористість боридних шарів, а також недостатньо висока товщина боридних покриттів і їх зносостійкість. Найбільш близьким по технічній суті і результату, що досягається, є склад для бороміднення залізовуглецевих сплавів (а. с. № 724602, С23С 9/00, 1980 p.), прийнятий за найближчий аналог, що містить: 85-90 % по масі технічного карбіду бору, порошок міді - 10-15 мас. %. До недоліків найближчого аналога належить крихкість та невисокі показники зносостійкості боридних покриттів. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення бормідного покриття на сталевих виробах. Поставлена задача вирішується тим, що у відомий склад для борування, що містить мідновмісний матеріал та технічний карбід бору додатково введено фторопласт, а як мідновмісний матеріал використаний порошок Cu2O, при наступному співвідношенні компонентів, в % по масі: окис міді 4-8 фторопласт 1-2 технічний карбід бору решта. Карбід бору - В4С - використовують у вигляді порошку технічної чистоти. Може постачатися по ГОСТ 5744-74 у вигляді порошків зернистістю 16 - М5 для шліфувального - полірувальних операцій; перший сорт містить: В4С - 90-93 % по масі, В2О3-0,4-0,5 % по масі, Свільного - 5-10 % по масі. По твердості і абразивній здатності він перевершує всі абразивні матеріали. За винятком алмазу. (Машиностроительные материалы. Краткий справочник / Распатов В.М., Гуенков В.С, Бессонова Н.Ф., Вейе Д.А. - М.: Машиностроение, 1980.-551 с, на стр. 383). Процес насичення сталей бором відбувається таким чином: відновлення В 2О3 (що входить до складу технічного В4С) карбідом бору до субокислу В2О2: B2O3+B4C B2O2+CO+BmCn , (1) диспропорціювання В2О2 на поверхні металу з утворенням атомарного бору: 3B2O2 35 40 45 50 2B+B2O3 (2) дифузія бору в глиб металу. Збільшення товщини боридних покриттів відбувається унаслідок активнішого складу суміші, що насичує, чим склад В4С технічний. При легуванні міддю формуються боридні покриття з локальними ділянками мідних вкраплень, які при жорстких умовах, а саме сухому терті - ковзанні мають найкращі показники зносостійкості. Відомо, що легування боридів заліза міддю приводить до зміни товщини покриття, мікротвердості, пористості, підвищує зносостійкість покрить. У зв'язку з цим становило інтерес вивчити розподіл міді по товщині боридних покриттів. Розподіл міді по товщині боридного покриття вивчали точковим мікрорентгеноспектральним аналізом на приладі JSM-840 при використанні енерго-дисперсійного спектрометра Link Systems 860/500; нагромадження інформації в точці відбувалось протягом 100 сек., діаметр рентгенівського пучка складав 1 мкм. Погрішність приладу при визначенні кількості елемента складала 0,02-0,03 % мас. Легування боридних фаз Сu призводить до формування твердих розчинів заміщення заліза міддю в ґратках FeB і Fе2В, що супроводжується зміною періодів кристалічної решітки відповідних фаз. У таблиці 1 наведені параметри решітки фази FeB в залежності від складу насичувального середовища для борування при температурі насичення 975° С 1 UA 83894 U Таблиця 1 Параметри решітки FeB в залежності від складу для борування Параметри періодів ґратки фази FeB Період решітки фази FeB, À Склад насичуючої суміші а b с 100 % В4С 4,0576 5,4994 2,9470 В4С-Сu 4,0564 5,4906 2,9411 В4С-Сu2О 4,0577 5,5012 2,9474 5 10 15 20 25 30 35 Кількісним локальним аналізом у приповерхній зоні борованої сталі 20 виявлено вміст міді 0,652 мас. % у фазі FeB. В міру сканування всередину покриття на 20 мкм від поверхні кількість міді склала 0,21 % мас. на сталі 20. Мідні включення зосереджуються на поверхні і в при поверхневій зоні фаз FeB і поширюються на глибину 10-25 мкм від поверхні шару. Розміри мідних включень (100 % мас. Сu) досягають у поперечному перерізі 1-1,5 мкм, а в поздовжньому перетині, що збігається з напрямком боридних голок, становить до 2 мкм. Мідні включення в боридному покритті можуть зосереджуватися близько пори і окантовувати стінки пори. Слід зазначити, що для боридних покрить характерні закрита пористість і пори розсіяні по всьому перетині боридного шару з переважною концентрацією в поверхні покриття. Ймовірно, дифузія міді сприяє зменшенню пор у боридних покриттях, легованих міддю, як це виявлено в проведених нами роботах. Виявлений аномальний розподіл міді в поверхневому шарі борованої сталі. При цьому метод локального спектрального аналізу виявляє його підвищену кількість до 90 % ат. у зонах, що примикають до пори, тоді як у масивній зоні по тілу зерна кількість міді не перевищує 1 % ат. Показано, що при легуванні боридів заліза міддю, мідь в основному зосереджена у фазі FeB приповерхневої зони товщиною до 20 мкм. Виявлено, що в матеріалі покриття, що примикає до пори, кількість міді на порядок перевершує його розчинність у боридних фазах. Мікрокрихкість шарів оцінювали по методиці запропонованою в роботі (Бердикова В.Ф., Пушкарев О.И., Гаврименко В.В. Исследование анизотропии механических свойств монокристаллов ферритов методом микровдавлювания. Проблемы Прочности.-1985, № 7, с. 67-70). Випробування зносостійкості проводили на машині тертя. Зносостійкість зразків оцінюють по зовнішньому вигляду поверхні тертя і втраті маси, яку вимірюють на аналітичних терезах з точністю до п'ятого знаку. По втраті маси оцінювали показник стійкості при зношуванні. Товщину і мікротвердість боридних шарів визначали на приладі ПМТ - 3 по стандартній методиці. Легування боридів заліза міддю, що отримане при введенні в насичуючу суміш для борування порошку Сu2О, приводить до збільшення товщини боридного покриття, зменшення мікротвердості, та підвищення зносостійкості покриттів. Більша частина міді зосереджена в при поверхневій фазі. Розташування міді по перерізу боридного зерна не рівномірне: в тілі зерна концентрація міді на порядок менша, ніж в зоні пор та по границях зерен. Зосередження міді в приповерхневій зоні та зоні пор сприяє зростанню зносостійкості покриттів на основі боридних фаз в 1,2-1,5 рази порівняно з нелегованими. 2 UA 83894 U Таблиця 2 Зносостійкість, мікротвердість й товщина боридних покриттів в залежності від вмісту міді в насичуючій суміші на сталі 20 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 5 10 Насичуюча суміш Найближчий аналог 10 % Сu 90 % В4С 12 % Сu 88 % В4С 15 % Сu 85 % В4С Досліджені суміші % % % Сu2О В4С фторопласту (0) (100) (0) 2 97 1 4 95 1 6 93 1 8 91 1 10 89 1 Товщина Знос кг/м шару, мкм (Т=975 °C, 1 год. σ=4 год.) 2 Мікротвердість, МПа 3 год. 5 год. FeB Fe2B 200 0,0030 0,00755 0,00980 15000±500 13500±500 220 240 0,0035 0,0040 0,00795 0,00815 0,01050 0,01100 15000±500 15000±500 14500±500 15000±500 185 0,005 0,00825 0,01155 18500 15500 220 240 240 250 240 0,0030 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0070 0,0060 0,0055 0,0053 0,0065 0,0095 0,0077 0,0081 0,0085 0,0090 14500±500 14500±500 14500±500 15000±500 14500±500 14000±500 14000±500 14000±500 14500±500 14000±500 В таблиці 2 представлені дані по зносостійкості, мікротвердості й товщині боридних покриттів в залежності від вмісту міді в насичуючій суміші на сталі 20. Як видно з таблиці, застосування складу, що заявляється, дозволяє підвищити товщину боридних покриттів в 1,3 разу. При цьому формується не тільки зона бориду заліза, але і перехідна зона, яка в найближчому аналозі відсутня. Наявність перехідної зони обумовлює плавне зниження твердості по товщині дифузійного шару від максимальних значень на поверхні, середніх значень в перехідній зоні і нижчих значень мікротвердості на межі перехідної зони і сталевої матриці. Перехідна зона грає велику роль, тобто ці покриття мають велику стійкість в умовах зносу і динамічних навантажень. Оптимальним складом є склад (% по масі): окис міді 4-8 фторопласт 1-2 технічний карбід бору решта. При виході кількісного складу компонентів суміші, що насичує, за вибрані межі спостерігається погіршення всіх вивчених характеристик покриттів. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Склад для бороміднення сталевих виробів, що містить мідьвмісний матеріал та технічний карбід бору, який відрізняється тим, що додатково містить фторопласт, як мідьвмісний матеріал використаний порошок Сu2О, при наступному співвідношенні компонентів, в % по масі: окис міді 4-8 фторопласт 1-2 технічний карбід бору решта. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3