Борирование стали
МОСКОВСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙМАШИН
《МАМИ》
КАФЕДРА: Технология конструкционных материалов
Реферат на тему:
《Борирование стали》
Студентка : Цимейлин
Грууппа :5-Эфмн-9
МОСКВА 2013
Содержание
Борирование сталей и сплавов………………………………..….3
Классификация
методов борирования………………………..
1.Борирование в порошках в герметизируемых контейнерах.…3
2. Газовое
борирование……………………………………..….…
3. Электролизное борирование…………………………..….……5
4. Жидкостное (безэлектролизное) борирование…………….….5
5. Борирование в обмазках (из паст)……………………...…..….6
Марки сплавов. Свойства сплавов…………………..……..….…7
Список
литературы……………………………………….………
Борирование сталей и сплавов
Борирование --
процесс химико-термической обр
Борирование проводят
преимущественно с целью
Борирование можно проводить всеми известными методами и способами. Промышленное применение получили: борирование в порошковых смесях, электролизное борирование, жидкостное безэлектролизное борирование, ионное борирование и борирование из обмазок (паст).
Борирование чаще всего проводят при электролизе расплавленной буры (Na2B4O7). Изделие служит катодом. Температура насыщения 930--950 °C, выдержка 2 -- 6 часов.
Борирование можно проводить при отливке деталей. В этом случае на поверхность литейной формы наносится слой специальной боросодержащей массы (пасты). При использовании выжигаемых моделей из пенопластов боросодержащая паста наносится на поверхность модели. Способ отличается производительностью и простотой.
Борирование применяют для повышения износостойкости втулок грязевых нефтяных насосов, дисков пяты турбобура, вытяжных, гибочных и формовочных штампов, деталей пресс-форм и машин литья под давлением. Стойкость деталей после борирования увеличивается в 2 -- 10 раз. Изделия, подвергшиеся борированию, обладают повышенной до 800 °C окалиностойкостью и теплостойкостью до 900-950 °C. Твердость борированного слоя в сталях перлитного класса составляет 15 000-20 000 МПа.
Классификация методов борирования
1.Борирование в порошках в герметизируемых контейнерах
В качестве насыщающих сред при этом способе борирования можно использовать порошки аморфного и кристаллического бора, карбида бора, ферробора, боридов переходных металлов. С целью предотвращения спекания порошков в них часто вводят инертные добавки (А1203, MgO) в количестве от 20 до 60% , а для ускорения процесса - активаторы (NaF, A1F3, KBF4 и др.) в количестве 1-5% от массы смеси.
Из известных смесей для борирования в порошках предпочтение следует отдать следующим смесям на основе карбида бора:
1) 100 % В4С; 2) 98,5...98 % В4С + 1,5...2,0 %A1F3.
Перед использованием
компоненты порошковых смесей подсушивают,
измельчают, просеивают, дозируют в
необходимых количествах и
Насыщение проводят при температуре 900-1000°С в течение 2-6 ч. Длительность выдержки выбирают исходя из требуемой толщины боридного слоя. Как показывает опыт, для подавляющего большинства изделий боридный слой толщиной 80-150 мкм оказывается вполне достаточным. Длительность прогрева тигля устанавливается из расчета 30 мин на 100 мм сечения тигля.
После истечения времени выдержки контейнеры выгружают из печи, охлаждают на воздухе и распаковывают. С целью устранения припекания смеси к поверхности деталей рекомендуется их извлекать из контейнера при температуре не ниже 80°С.
2. Газовое борирование
Газовое борирование проводят в специальных установках за счет разложения газообразных соединений бора: диборана (В2Н6), треххлористого бора (ВСl3), трехбромистого бора бора (ВВr3), триметил [(СН3)3В] и других веществ.
В технологическом отношении процесс газового борирования подобен процессам газовой цементации или азотирования. Борируемые детали собирают, как правило, на специальных приспособлениях и загружают в реакционную камеру, нагретую до заданой температуры, после чего реактор герметизируя установку продувают (3-5мин) инертным газе и создают избыточное давление (200-400 мм. рт. ст.). После достижения указанного давления через инжекторный смеситель в реактор подают борсодержащий газ. Наиболее часто для борирования применяют диборан и треххлористый бор, который разбавляют водородом, аргоном, очищеным азотом или аммиаком. Наибольшая скорость процесса наблюдается при использовании смесей В2Н6 и ВС13 с водородом. Соотношение диборана и
водорода должно быть в пределах 1/25-1/225, а треххлористого бора и водорода - 1/15-1/20[5]. Замена водорода азотом или аммиаком уменьшает скорость процесса, но уменьшает и его взрывоопасность, поэтому такую замену следует считать целесообразной.
Насыщение прoводят при температурах 800-850°С. Время выдержки варьируется от 2 до 6 ч. Существенное влияние на результаты борирования оказывает скорость газового потока. Для каждой установки она подбирается индивидуально. При рекомендованных режимах борирования на углеродистых сталях формируется боридный слой толщиной 50-200 мкм. По окончании процесса борирования подачу борсодержащего газа прекращают, а газ-разбавитель пропускают через установку еще 5-10 мин. По истечении указанного времени давление в реакторе уменьшают до атмосферного, прекращают подачу инертного газа, разгерметизируют установку и извлекают борированные детали.
3. Электролизное борирование
Электролизное борирование проводят на специальных установках, основными составными частями которых являются печь-ванна с металлическим тиглем, система питания постоянным током, система автоматического контроля и регулирования температуры.
Подготовленные к насыщению детали монтируют па специальных приспособлениях и подключают в цепь электролиза в качестве катода. Анодами служат графитовые (реже силитовые) стержни. Перед началом процесса детали прогревают в электролите 10-30 мин, затем включают ток электролиза, величина которого устанавливается из расчета 1 * 103...2 *103 А/м2 борируемых деталей и приспособления, и ток защиты тигля 1 * 102...2 * 102 А/м2 поверхности тигля, находящейся в расплаве[3]. Режим процесса электролизного борирования выбирают в зависимости от требуемой толщины слоя.
Электролизное
борирование применяется
4. Жидкостное (безэлектролизное) борирование
Жидкостное (безэлектролизное)
борирование можно проводить
в любых печах-ваннах, обеспечивающих
получение требуемой
Оптимальное содержание восстановителя в расплаве колеблется от 20 до 40% по массе.
Для получения двухфазных (FeB + Fe2B) слоев можно рекомендовать следующие расплавы: 1) 60-70 % Na2B407 + 40-30 % В4С; 2) 80 % Na2B407 + 20 % СК25, а для получения однофазных (Fe2B) слоев: 1) 70 % Na2B407 + 30 % SiC; 2) 70 % Na2B407 + 30 % СМн17.
Наиболее рационально применение данного способа борирования в мелкосерийном и серийном производствах.
5. Борирование в обмазках (из паст)
Борирование в обмазках (из паст) целесообразно применять при упрочнении крупногабаритных изделий, а также при необходимости местного борирования. Развитие этого направления в борировании стимулируется также возможностью совмещения борирования с применяемыми на предприятиях режимами термической обработки упрочняемых деталей.
Технология процесса борирования из паст предусматривает выполнение следующих операций: приготовление обмазки, подготовка упрочняемой поверхности к насыщению, нанесение и сушка обмазки, борирование деталей по заданному режиму, охлаждение и очистка деталей от пасты. Основные компоненты пасты тщательно смешивают в специальных смесителях и разбавляют связующим до требуемой консистенции. В качестве связующих используют гидролизоваиный этилсиликат, жидкое стекло, сульфитно-спиртовую барду, декстриновый клей и т. д. Консистенция пасты определяется в основном выбранной технологией ее нанесения на детали: пульверизацией, окунанием, кистью.
После завершения режима насыщения детали охлаждают на воздухе или подвергают непосредственной закалке.
Марки сплавов. Свойства сплавов
Алюминий и сплавы Лист - 1105АМ, 1105АН, 1561Б, 1561БМ, А0М, А0Н2П, А5, А5М,А5Н, А5Н2, А5Н2П, А7м, АД0М, АД0Н, АД1М, АД1Мп, АД1Н, АД1Н2, АДМ,АДН, АДН2, АК4-1, АМг2М, АМг2Н, АМг2Н2, АМг2НР, АМг3, АМг3М, АМг3Н2,АМг5, АМг5БМ, АМг5М, АМг6, АМг6Б, АМг6БМ, АМг6М, АМц, АМцМ, АМцН,АМцН2, ВД1АТ, Д16АМ, Д16АТ, Д16чАТ, Д16чАТВ, Д19А, Д19АМ, Д19АТ,Д19чАТ, Д19чАТВ, Д1АТ, Д1Т. Плита - 1561Б, А5, АД0, АД1, АК4-1, АК4-1чт, АМг2, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6Б, АМц, В95, Д16, Д16АТ, Д16Б, Д16БТ, Д20. Пруток - 1915, АВПП, АД1, АД33Т1, АК4-1, АК6, АК6ПП, АМг3,АМг5, АМг6, АМг6М, АМц, АМцС, В95, В95Т1, Д1, Д16, Д16ПП, Д16Т,Д16ТП, Д16Ткв, Д19Т, Д1ПП, Д1Т, Д20, Д20Т1, Д20Т1п, САП-2. Профиль - 1561, 1561М, АД31, АД31Т, АД31Т1, АМг2, АМг5,АМг6, АМц, Д16, Д16Т, Д16ЧТ, Д16ЧТПП, Д19ЧТ, Д19ЧТПП, Д20Т1. Проволока - АД, АД1, АД1М, АД1Н, АДМ, АДН, АК5Н, АМг3,АМг3Н, АМг5П, АМг5ПН, АМг6, АМг6М, АМц, АМцМ, В48, В65, Д16П, Д18,Д18П, Д19П, Д1П, Катанка, СвА85Т, СвАК5, СвАК5Н, СвАМг3, СвАМг3Н,СвАМг5, СвАМг6, СвАМг6М, СвАМг6Н, СвАМц, СвАМцМ, СвАМцН. Лента - А6Н, АМг6М. Латунь и сплавы Пруток - Л63, Л63 ПР, Л63ПТ, ЛС59-1ПР, ЛС59-1ПТ, ЛС59-1Т. Плита - Л63Г/К, ЛС59, ЛС59-1. Лента - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68М, Л68ПТ. Лист - Л63М, Л63Т, Л63ПТ, ЛС59-1Т. Проволока - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, ЛС59-1Т. Труба - Л63М, Л63ПТ, Л63Т, Л68П, Л68ПТ, ЛО 70-1, ЛС59-1Т. Cетка - Л80. Сырьё - ЛК. Бронза и сплавыОтливка - БРАЖ 9-4, БРОЦС 555. Пруток - БРАЖ 9-4, БРАЖМЦ, БРАМЦ 9-2, БРБ2, БРОФ, БРОЦС555. Сырьё - БРАЖ10-3, БРОЦ10-2, БРОЦС 555. Лента - БРБ2М, БРБ2Т, БРКМЦ, БРОФ. Лист - БРХЦРТ. Поковка - БРАЖ 9-4. Труба - БРАЖМЦ10-3-1. Медь и сплавы Плита - М1, М1ГК, М1М. Пруток - М1, М1М, М1Т, М2М, М2ПР, М2Т, М3Т. Анод - АМФ, М1. Катод - М0К, МООК. Труба - М1М, М2М, М2Т, М3М. Проволока - М1М, ММ. Лента - M1M. Лист - М1М, М1Т. Сырьё - МФ 10.
Свойства металлов
и сплавов полностью
При охлаждении сплавов твердые растворы могут распадаться (эвтектоидный распад). Продуктом такого распада аустенита при температуре 723° С и содержании углерода 0,83% является, например, перлит. Он представляет собой смесь феррита и цементита. В процессе кристаллизации железоуглеродистых сплавов образуется также ледебурит -- эвтектическая смесь аустенита и цементита. В результате распада аустенита в интервале температур 250--450°С кристаллизуется бейнит -- высокодисперсная смесь феррита и карбида железа.
Фазовые превращения в процессе кристаллизации сплавов -- основное явление, используемое для изменения их структуры и свойств. Многообразие свойств сталей в решающей степени определяется превращениями аустенита. В настоящее время используют стали со структурой феррита, фер/па с перлитом, бейнита и мартенсита.
Выбор сталей для строительных конструкций базируется в основном на оценке четырех основных характеристик: предела текучести стг, предела прочности при растяжении временного сопротивления, относительного удлинения 6 и ударной вязкости при отрицательной температуре. Все стали так же, как и другие сплавы для металлических конструкций, по уровню основных механических свойств, определенных при испытаниях на растяжение, принято делить на классы прочности.
С увеличением содержания углерода в стали увеличивается количество хрупкого и твердого цементита, увеличивается (при С<1%) предел прочности при растяжении и уменьшается относительное удлинение.
Стали для металлических
конструкций свариваются
Применяемые в
строительстве
Алюминиевые сплавы
Al, Mg, Si, Cu, Zn, Mn, Li, Be
Легкость, высокая электро- и теплопроводность, коррозионная стойкость, высокая удельная прочность.
Конструкционные материалы в авиации, строительстве, машиностроении и др.; электротехнические устройства и материалы.
Амальгама
Hg и другие металлы.
В зависимости от соотношения ртути и др. металла может быть (при комнатной температуре) жидкой, полужидкой или твёрдой.
Золочение металлических изделий, производство зеркал, стоматология, реактив- восстановитель в химии и металлургии.
Вольфрамовые сплавы
Mo, Re, Cu, Ni, Ag, оксиды (ThO2), карбиды (TaC) и др.
Пластичность,
жаропрочность и высокая термо-
Детали электровакуумных приборов, высокотемпературных термопар, детали двигателей ракет и самолётов.
Железоуглеродистые сплавы (чугун, сталь, ферросплавы).
Fe, C, Р, S, Mn, Si, N, Cr, Ni, Mo, W, V, Ti, Со, Cu и др.
Механическая прочность, твердость, упругость, коррозионная устойчивость, вязкость и др.
Конструкционные материалы для всех областей техники, технологии, хозяйства, машины, инструмент.
Золотые сплавы
Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Sb, Bi, Pb, Hg
Сплав с Ag при 20--40% Ag зеленовато-жёлтый, при 50% Ag -- бледно-жёлтый; мягкий и ковкий; сплавы Au с Cu красновато-жёлтые; более твердые и упругие, чем чистое золото.
Золочение металлических изделий, изготовление монет, ювелирных изделий, зубных протезов, электрических контактов.
Легкоплавкие сплавы
Sn, Bi, In, Pb, Cd, Zn, Sb, Ga, Hg и др.
Низкие температуры плавления (не выше 232 °С); при содержании Bi более 55% расширяются при затвердевании.
Изготовление припоев, плавких
предохранителей в
Магниевые сплавы
Mg, Al, Zn, Mn, Zr, Th, Li, La, Nd, Y, Ag, Cd, Be
Лёгкость, прочность, коррозионная стойкость.
Высоконагруженные детали из
прессованных полуфабрикатов, штамповок
и поковок в
Медные сплавы
Cu, Zn, Sn, Al, Ni, Be, P
Прочность, высокая электропроводность, коррозионная стойкость, пластичность.
Трубы, теплотехническая аппаратура, подшипники, шестерни, втулки, пружины, детали приборов точной механики, термопары, фасонные детали, декоративно-прикладные изделия и скульптура.
Никелевые сплавы
Cu, Co, Fe,
Ферромагнетизм, высокая пластичность и коррозионная стойкость, отсутствие аллотропических превращений, химическая стойкость.
Конструкционные материалы с высокой стойкостью к агрессивным средам, ферромагнитные изделия, магнитострикционные материалы.
Оловянные сплавы
Sn, Pb, Sb, Cu, Zn, Cd и др.
Низкая температура плавления, мягкость, коррозионная стойкость; антифрикционные свойства.
Легкоплавкие сплавы (припой, полуда) и подшипниковые материалы.
Платиновые сплавы
Pt, Rh, Ir, Pd, Ru, Ni, Co, Cu, W, Мо
Высокая температура плавления, коррозионная стойкость, механическая прочность, каталитические свойства.
Изготовление термопар электрических контактов, потенциометров, постоянных магнитов, высокотемпературных припоев, катализаторы, лабораторная посуда.
Свинцовые сплавы
Pb, Fe, Cu, Sb, Sn, Cd, Са, Ca, Mg, Li, К, Na
Прочность, твёрдость, антифрикционные, свойства, низкая температура плавления свинца, коррозионная стойкость, хорошая адгезия со многими металлами и сплавами.
Изготовление или облицовка кислотоупорной аппаратуры и трубопроводов, изготовление оболочек низковольтных и силовых кабелей, припои и полуды, подшипники, типографские сплавы, грузы, балласты, отливка дроби, сердечников пуль, изготовление решёток для свинцовых аккумуляторов.
Твёрдые сплавы
WC, TiC, TaC; связующие металлы: Co, Ni, Mo, сталь
Высокая твердость, тугоплавкость, износоустойчивость, коррозионная стойкость.
Цельнотвердосплавные изделия (инструмент) для обработки металлов, сплавов и неметаллических материалов, для оснащения рабочих частей буровых инструментов и как конструкционные материалы.
Типографские сплавы (гарт)
Pb, Sb, Sn и др.
Низкая температура плавления (240--350 °С), хорошие литейные свойства.
Изготовления литых стереотипов (полиграфическая промышленность) и элементов набора (шрифты др.).
Титановые сплавы
Al, V, Mo, Mn, Sn, Zr, Cr, Cu, Fe, W, Ni, Si; Nb и Та
Лёгкость, высокая прочность в широком интервале температур от -250 °С до 300-600 °С, коррозионная стойкость.
Конструкционные материалы в авиации, ракетостроении, химическая аппаратура.
Цинковые сплавы
Zn, Al, Cu, Mg
Невысокая температура плавления, легкость обработки давлением и резанием, сварки и пайки, возможность нанесения покрытий электрохимическим и химическим способами, удовлетворительная коррозионная стойкость.
Конструкционные и конструкционно-декоративные детали в автомобильной промышленности, электромашиностроении, оргтехнике, вкладыши подшипников, бытовые изделия, сувениры.
Штамповые стали
При изготовлении технологической оснастки используются специальные стали, многие из которых обладают особыми свойствами в отличие от сталей, обычно применяемых в машиностроении.
Наиболее ответственные детали штампов, пресс-форм и форм для литья металлов под давлением изготовляются из углеродистых и легированных инструментальных сталей определенных марок, выделенных в особую категорию и называемых штамповыми.
Штамповые стали в свою очередь подразделяются на три основные группы, а именно:
1 -- штамповые для деформирования металлов в холодном состоянии;
2 -- штамповые для деформирования металлов в горячем состоянии;
3 -- штамповые, устойчивые против коррозии.
К каждой из указанных
групп сталей в соответствии с
их назначением предъявляются
Штамповые стали первой группы, предназначенные для изготовления штампов холодной штамповки, должны иметь после окончательной термической обработки высокую твердость на рабочих поверхностях и режущих кромках, высокую износостойкость, необходимую для сохранения формы и размеров рабочих кромок при эксплуатации штампа, высокую прочность как рабочей кромки, непосредственно воздействующей на обрабатываемый материал, так и участков штампа, воспринимающих наибольшие изгибающие и скручивающие нагрузки.
Штамповые стали второй группы должны сохранять повышенные механические свойства при высоких температурах. Их термически обрабатывают таким образом, чтобы получить большую вязкость при меньшей твердости сравнительно со сталями других групп.
Штамповые стали третьей группы применяются для изготовления из них матриц пресс-форм и форм для литья металлов под давлением. Помимо свойств сталей второй группы, они должны обладать устойчивостью против воздействия агрессивных сред -- химически активных пластмасс, агрессивных сплавов отливаемого металла.
Важнейшее требование, предъявляемое ко всем видам штамповых сталей, -- сочетание твердости с высокой вязкостью. Штамповые стали должны обладать также особыми технологическими свойствами, к которым относятся:
· хорошая обрабатываемость, т. е. способность хорошо принимать обработку резанием и обработку давлением в холодном и горячем состоянии;
· хорошая прокаливаемость, т. е. возможность получить высокую и однородную твердость, равномерную мелкокристаллическую структуру на большую глубину;
· малая чувствительность к перегреву, т. е. возможность закалки с нагревом в достаточно широком интервале температур;
· малая деформация при термической обработке;
· небольшая чувствительность к обезуглероживанию при нагреве, снижающем твердость поверхностного (рабочего) слоя металла;
· хорошая шлифуемость, определяющая высокое качество шлифованной и полированной поверхности.
Стали инструментальные
углеродистые. Инструментальные углеродистые
стали выпускаются с
Стали марок У12, У12А, У13 и У13А, имеющие наиболее высокое содержание углерода и отличающиеся большой хрупкостью после закалки, при изготовлении штампов и пресс-форм не применяются. Избегают применять и сталь У9, У9А, которая при закалке получает более крупное зерно, имеет большую склонность к короблению и изменению размеров, а по прочности и пластичности уступает стали У10, У10А. Сталь УН и У11А применяется редко.
С точки зрения требований, предъявляемых к сталям, идущим на изготовление технологической оснастки, углеродистые инструментальные стали имеют ряд существенных недостатков:
· низкая износостойкость и красностойкость (при нагревании до температуры свыше 250° С сталь теряет свою твердость);
· несквозная прокаливаемость, вследствие чего твердость в средних слоях закаленных деталей значительно ниже, чем на поверхности;
· склонность к образованию трещин, усадок и значительных короблений при термообработке;
· низкая коррозийная стойкость, особенно при нагреве.
Вследствие этого углеродистые инструментальные стали употребляют только для изготовления таких деталей оснастки, которые работают с низкими нагрузками, а также в тех случаях, когда к конструкции самой оснастки не предъявляется высоких требований.
Стали инструментальные легированные. Легированной называют сталь, в состав которой наряду со всеми элементами, входящими в углеродистую сталь, входят еще и специальные добавки, влияющие на физико-механические и технологические свойства стали.
Легирующие добавки изменяют твердость, прочность, вязкость, износостойкость, коррозийную стойкость, теплопроводность, коэффициент теплового расширения и другие свойства металла.
Изменение свойств стали в результате легирования зависит не только от состава и количества легирующих элементов, но и от характера взаимодействия их с железом и углеродом, а также взаимодействия между собой. Особенно сильно сказывается влияние легирующих элементов на свойства стали в результате ее термической обработки.
В сравнении
с углеродистыми сталями
· повышенной вязкостью в закаленном состоянии;
· более глубокой прокаливаемостью;
· меньшей склонностью к короблению, изменению размеров и трещинам при закалке;
· большей стойкостью против коррозии;
· большей износостойкостью и красностойкостью.
Для обозначения
марок легированных сталей каждому
употребляемому химическому элементу
присвоена соответствующая
В наименовании марок легированных инструментальных сталей цифра слева от буквы показывает среднее содержание углерода в десятых долях процента. Если количество углерода превышает 0,9%, то оно не показывается. Цифры после букв показывают содержание легирующего элемента в процентах (содержание в 1 % и менее не показывается).
Например: 9Х -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода 0,9% и хрома 1%.
Х12 -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода свыше 0,9% и хрома 12%.
4ХВ2С -- сталь инструментальная легированная с содержанием углерода 0,4%, хрома около 1%, вольфрама 2% и кремния около 1 %.
Для изготовления менее ответственных деталей оснастки применяются углеродистые конструкционные стали с нормальным и повышенным содержанием марганца. Наиболее часто используются стали марок: Ст3, Ст4, Ст5, Ст6, 15, 20, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 70, 60Г, 65Г.
Для изготовления отдельных видов деталей оснастки находят применение также легированные конструкционные стали, например: 15Х, 20Х, 30Х, 35Х, 40Х, 50Х, 30ХМ, 35ХМ, 20ХГ, 35X12, 40ХН, 45ХН, 50ХН, 20ХГС, 30ХГС.
Технология прокатки. Технологический процесс прокатки. Схема прокатного стана. Прокатная клеть
Исходным продуктом для прокатки могут служить квадратные, прямоугольные или многогранные слитки, прессованные плиты или кованые заготовки. Процесс прокатки осуществляется как в холодном, так и горячем состоянии. Начинается в горячем состоянии и проводится до определенной толщины заготовки. Тонкостенные изделия в окончательной форме получают, как правило, в холодном виде (с уменьшением сечения увеличивается теплоотдача, поэтому горячая обработка затруднена).
