ДИПЛОМ-Громова Н.И. (Повышение износостойкости стальной втулки шпинтона методом сульфоционирования), страница 4

Схемы зависимости продолжительности формирования азотированного слоя одной толщины от температуры нагрева и влияние легирующих элементов на его глубину и твердость приведены на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Зависимости продолжительности формирования азотированного слоя одной толщины от температуры нагрева (а) и влияние легирующих элементов на его глубину (б) и твердость (в).

Жидкостное азотирование вытесняет газовое азотирование инструмента из быстрорежущей стали. Твердое азотирование инструмента стали не дало положительных эффектов.

2.6 Жидкостное цианирование

При жидкостном цианировании происходит одновременное насыщение поверхностного слоя азотом и углеродом. Всего три вида цианирования: низкотемпературное (540-560 ⁰С), среднетемпературное (820-860 ⁰С), высокотемпературное (920-960 ⁰С). Процесс цианирования проводят в соляных печах-ваннах с наружным электрообогревом.

Цианат натрия готовят из кальцинированной соды NaCO₃ и мочевины (NH₂)₂CO. Для этого смешивают кальцинированную соду с мочевиной в пропорции один к полутора, засыпают в тигель, который предварительно подогревают до 600-700 ⁰С, и расплавляют. Чтобы исключить выброс сухой смеси, которую добавляют в тигель, ее не следует насыпать на зеркало ванны и перемешивать ванну до полного ее расплавления. Смесь желательно добавлять, когда печь выключена. Состав ванн для высокотемпературного цианирования приведен в таблице 2.9.

Таблица 2.9 – Состав ванн для высокотемпературного цианирования

После расплавления смесь сливают в противни слоем толщиной не более 30-40 мм.

Применяются специальные приспособления для закрепления деталей в процессе цианирования и при переносе их для закалки, промывки и других операциях, которые приведены на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Приспособления для закрепления и переноса деталей при химико-термической обработке: а – приспособление для установки деталей стержневой формы с упором в нижнюю плиту; б – плита с отверстиями для подвешивания стержневых деталей; в – подвеска для цианирования дисков с защитой внутреннего отверстия; г – сетчатая корзина для мелких деталей.

Приспособления фиксируют детали в положении, при котором получается минимальное коробление, также удерживают детали так, чтобы не затруднять свободный доступ соли к цианируемоей поверхности. Перед цианированием технологическую оснастку подвергают обязательному внешнему осмотру. Не допускается наличие забоин, дефектов и заусенцев. Инструменты необходимо промывать и просушивать, это делается для удаления смазочного материала. Попадание воды в ванну не допускается, так как вызывает опасный выброс солей.[3]

Перед цианированием рекомендуется подогревать цианируемую технологическую оснастку до 300-400 ⁰С, в результате чего уменьшается коробление. После того, как ванна для цианирования очищена от пены, осадков, в нее загружают технологическую оснастку. Верхний слой солей имеет пониженную температуру, следовательно, загружать детали надо так, чтобы участки для цианирования были на 15 мм ниже уровня жидкости в ванне.

После окончания времени, деталь извлекают из ванны и выдерживают на ней некоторое время, чтобы остатки солей стекли в ванну. Охлаждение детали проводят в вытяжном шкафу или под колпаком, для того, чтобы испарение от солей не попадало в цех. После охлаждения инструменты вместе с приспособлением погружают в бак с водой, нагретой до 80-90 ⁰С. В нем остатки соли растворяются, после этого инструменты переносят в другой бак, который заполнен 7 процентным раствором железного купороса. В нем происходит обезвреживание остатков солей. Далее в течение 5 минут инструменты промывают проточной водой. Затем их просушивают в сушильном шкафу и смазывают для предохранения от коррозии.

2.7 Ионное азотирование в тлеющем разряде

Ионное азотирование в тлеющем разряде – способ упрочнения инструмента, заключающийся в обработке (бомбардировании) поверхности заготовки потоком ионов азота. Ионы проникают в поверхностный слой детали на контролируемую глубину – 100-1000 атомных слоев. Процесс проводят в разреженной азотсодержащей атмосфере. Азотируемые изделия подключают к отрицательному электроду (катоду). Анодом служит контейнер установки (печи). Между катодом (изделием) и анодом возбуждается тлеющий разряд. Ионы азота, бомбардируя поверхность изделия, нагревают ее до температуры насыщения.

Преимущества ионного азотирования состоят в возможности целенаправленного контроля структуры получаемого поверхностного слоя, применении относительно низких температур и сокращении времени обработки. Общая толщина диффузионного слоя составляет от 0,4 до 1 мм. Продолжительность этого метода 0,5-36 часов.

Время зависит от того, на какую глубину необходимо упрочнить слой.

2.8 Борирование

Борирование – диффузионное насыщение поверхности металла бором с образованием боридов железа Fе₂В и FеВ, применяемое для повышения износостойкости красностойкости изделий, а также изделий, работающих при пониженных температурах, знакопеременных и ударных нагрузках или в агрессивных и абразивных средах. Борированию подвергают любые стали. Процесс проводят в смеси борсодержащих порошков, паст, газов или в расплаве солей. Преимущественное использование – упрочнение металлических поверхностей, работающих на истирание, например: быстрорежущего инструмента, штампового инструмента, пресс-форм, деталей дробильных машин, желобов грохотов, башмаков коксовыталкивателей и деталей, работающих при 500-850 ⁰С.

2.9 Жидкостное электролизное борирование

Жидкостное электролизное борирование проводится в металлическом тигле, расплавляют в нем буру, постепенно забрасывая ее в тигель порциями по 8 килограмм. В расплав погружают обрабатываемую деталь и графитовый стержень. Саму деталь подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока, а графитовый стержень к положительному полюсу. Концы электродов должны располагаться на расстоянии 100 мм от дна тигля и 30 мм от его стенок. Включается ток защиты тигля, в электродержатель подается охлажденная вода. Когда ванна начинает заполняться, начинают повышать силу тока. После достижения температуры 950 ⁰С, в ванну плавно загружают детали и выдерживают 2,5 часа. Глубина борированного слоя составляет 0,15 мм.

После завершения процесса отключают ток. Деталь извлекается из ванны, затем охлаждается на воздухе или масле. Промывание осуществляется в кипящей воде 1 – 2 часа. Перед началом процесса борирования, деталь следует очистить от окалины, масла, следов загрязнений.

Для того, чтобы защитить отдельные участки детали от борирования, проводят гальваническое меднение или хромирование. Самым основным недостатком этого метода, является низкая стойкость тиглей и повышенный расход буры. Так как не весь выделяющийся бор участвует в образовании покрытия. Часть бора идет на образование аморфного слоя, который препятствует адсорбции активного бора и ухудшает чистоту. Аморфный слой бора частично остается в электролите и тем самым загрязняет его. При повторном использовании насыщающей среды в ней накапливается аморфный бор, который в слой боридов, создает пористость и ухудшает свойства боридного покрытия.[2]

2.10 Боросульфидирование

Боросульфидирование применяют для повышения стойкости инструмента и технологической оснастки из быстрорежущих, штампованных и других сталей.

Смесь, используемая для боросульфидирования, содержит, % (массовая доля): борного ангидрида 38-42; алюминия 24-31; борфтористого калия 28-33; фтористого аммония 0,5-1,5; серы 0,5-1,5. Процесс одновременного насыщения бором и серой в газах ведут в герметизированных контейнерах при 550-700 ⁰С. Газы выделяются в результате взаимодействия компонентов. В качестве связующего используют сульфитно-спиртовую барду, гидролизованный этилсиликат, жидкое стекло, раствор клея БФ-2 в ацетоне или другие связующие, крепители, клеи или лаки. При приготовлении смеси используют способ, при котором предварительно восстанавливают борный ангидрид алюминием. В полученную смесь вводят остальные компоненты, готовят обмазку, наносят ее на стенки контейнера и сушат.[1]

Введение в состав обмазки фтористого аммония и серы обеспечивает ее газофицируемость и создает необходимую газовую среду для протекания процесса газового боросульфидирования в интервале температур 550-700 ⁰С. При низкотемпературном насыщении на обрабатываемой поверхности формируется диффузионный слой, состоящий из борида Fе₂В, легированного серой. Присутствие серы снижает хрупкость слоя и коэффициент трения, повышает износостойкость и задиростойкость поверхностей упрочненных изделий. Пасту наносят на стенки контейнера и сушат при 70 ⁰С.

2.11 Диффузионное хромирование

Диффузионное хромирование – это процесс поверхности металла хромом и его соединениями. Этот процесс используется для повышения износостойкости, коррозионной стойкости деталей. Хромирование проводят для любых марок стали. Сам процесс проходит в высокотемпературных печах. Составы смесей для хромирования в порошках на основе феррохрома приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Составы смесей для хромирования в порошках на основе феррохрома

Окончание таблицы 2.10

Из ферромагнита можно отливать втулки, стержни, плиты и другие детали. Для увеличения сублимирующей поверхности феррохром измельчают.

Приготовление состава для хромирования идет следующим образом: производят взвешивания каждых составляющих, хром и окись алюминия смешивают и просушивают в течение 1 часа. Далее все составляющие тщательно перемешивают, а металлический хром размельчают в шаровой мельнице до порошка. Хромированная смесь может использоваться повторно, при условии, что будет добавляться свежая смесь. Смесь хранится в сухих ящиках с крышками. Детали, после очистки от загрязнений и коррозии, загружают в нагревательную печь в контейнерах для хромирования. Она уплотнена обмазкой.