Борирование

Борирование это насыщение    поверхностного слоя металлических изделий бором. К борированию прибегают главным образом с целью повышения поверхностной твердости изделий, их износостойкости (особенно абразивной), реже — коррозионной   стойкости   и   теплостойкости.

Борированию подвергают поверхности изделий из железа, сплавов на его  основе,   а  также  тугоплавких металлов, используя явление диффузии.

Различают три вида:

1. Твердое (или порошковое).
2. Жидкостное  (электролизное и без электролизное).
3. Газовое.

ЧТО ТАКОЕ БОРИРОВАНИЕ

 

Твердое

При твердом борировании очищенные изделия помещают в  герметичный или негерметичный контейнер, засыпая их реакционной смесью, состоящей из порошкообразного боризатора (аморфного бора, карбида бора, ферробора и др.).

И инертной добавки (окиси алюминия, кварцевого песка тонкоизмельченного  шамота) вводимой для предотвращения спекания или налипания смеси на поверхность изделий, и активатора (галогенида, обычно NH₄Cl) в соотношении примерно 60 : 35 ± 39 : 1 ± 5.

Изделия укладывают так, чтобы вокруг них был слой реакционной смеси толщиной не менее 20—30 мм.

Хорошее качество диффузионного слоя достигается также при насыщении углеродистых и легированных сталей в смеси карбида бора и буры (84 : 16).

Для получения слоя боридов толщиной 0,1 ± 0,3 мм насыщение проводят при т-ре 900—1100° С в течение 5—6 ч.

Разновидностью твердого   является   вакуумное  борирование, осуществляемое в вакуумно-плотных контейнерах при остаточном давлении 10^-3   мм рт. ст.

При высоких т-рах в результате испарения аморфного бора или карбида бора образуются  пары  этого  элемента,  к-рые конденсируются на обрабатываемой поверхности, и атомарный бор диффундирует в металл.

Жидкое

Жидкостное борирование проводят  при т-ре 850 — 1000° С в расплавах различных солей с введением в них борсодержащих компонентов.

Жидкостное электролизное Б. обычно осуществляют в расплаве буры, иногда с добавкой карбида бора.

Стальное изделие подключают в качестве катода в цепь постоянного  тока,   анодом служит предварительно   борированный  тигель из жаростойких или нержавеющих   сталей.

Удовлетворительной стойкостью обладают также пропитанные бурой графитовые и керамические   тигли.

При   расплавлении бура   диссоциирует   термически,  а также вследствие наложения  пост, электр. тока с выделением атомов активного бора, диффундирующего в обрабатываемое   изделие.

Насыщение проводят при плотности тока 0 15—0,25  а/см².

Жидкостное без электролизное борирование осуществляют в расплавах буры с добавлением карбида бора. Хорошие результаты получаются при соотношении этих компонентов    60 : 40.

Диффузионный слой можно создавать также в расплавах солей NaCl и BaCl с добавлением карбида бора.

Газообразное

Газовое борирование проводят при термическом разложении  газообразных  соединений бора — диборана   (В₂Н₆),   треххлористого бора (ВСl₃) и др., чаще всего в смеси с водородом в соотношении соответственно 1 : 25 ± 100.

При т-ре выше 500° С диборан почти полностью разлагается на активный бор и водород, к-рые и омывают насыщаемые изделия.

При газовом борировании насыщение протекает интенсивнее, чем при твердом или  жидкостном:   за 2—5 ч при т-ре 800—900° С образуется слой  боридов  толщиной 0,1 — 0,2 мм.

Структура

На изделиях из железа и углеродистых сталей диффузионный слой отличается иглообразным строением  и состоит, как правило, из двух фаз — ромбического борида FeB (16,25% В) на поверхности и находящегося под ним тетрагонального борида Fe₂B (8,48% В), микротвердость к-рых составляет 1800 ± 2000 и 1600 ± 1800 кгс/мм².

Под слоем боридов находится переходная зона, толщина которой иногда на порядок и более превышает толщину слоя боридов.

Эта зона состоит из твердого раствора бора и других легирующих элементов в железе. Под слоем боридов находится карбоборид железа Fe₃CО₂В₈ в виде зерен продолговатой   формы.

Молибден, вольфрам и хром уменьшают толщину слоя боридов и повышают их макс,   микротвердость   до   2100— 2200 кгс/мм², медь, никель и алюминий снижают микротвердость фазы FeB на 200—300 кгс/мм², а также уменьшают толщину боридного слоя на изделиях.

Легирование стали обеспечивает получение более равномерного по толщине боридного слоя.

Во время насыщения стальных изделий  бором при  заэвтектических т-рах (метод оплавления) на их поверхности образуется слой, состоящий из боридной эвтектики.

Что дает борирование

Вызывает появление в поверхностных слоях изделий остаточных сжимающих  напряжений  до  50 — 100 кгс/мм²и  повышает их износостойкость в 5—10 раз.

Увеличивает коррозионную стойкость углеродистых и низколегированных сталей в водных растворах H₂SО₄, H₃РО₄, НСl , NaCl и др., не оказывает влияния на коррозионную стойкость нержавеющих сталей и сплавов или даже понижает ее.

Борирование повышает усталостную прочность изделий из углеродистых и некоторых низколегированных сталей до 50% и в несколько раз снижает предел усталости сталей марок Х17Н2, 38ХС, 15Х16Н2М и др.

Коррозионно-усталостная прочность изделий из углеродистых сталей после Б. увеличивается вдвое и более.

Борирование стали подвергают изделия, эксплуатируемые в условиях абразивного износа:

1. Втулки буровых насосов.
2. Диски подпятников турбобуров.
3. Штоки буровых насосов.
4. Элементы гусениц тракторов.
5. Звенья цепных пил.
6. Детали пресс-форм.
7. Вытяжных и гибочных штампов и др. технологической оснастки.

Недостаток борирования — повышенная хрупкость боридов, к-рую снижают, вводя в реакционную смесь небольшое количество меди, алюминия и других металлов.