Способ электролизного борирования стальных изделий
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к процессам электролизного борирования, и может быть использовано в машиностроении, ремонтных службах и инструментальном производстве предприятий других отраслей для повышения износостойкости стальных изделий. Цель изобретения - повышение скорости насыщения и снижение расхода электроэнергии на процесс борирования. Способ включает нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередование стадий электролиза при плотности тока, обеспечивающей формирование слоя, и безэлектролизной выдержки в расплаве. Процесс электролиза осуществляют импульсным током с длительностью импульса 10<SP POS="POST">-5</SP> - 10<SP POS="POST">-6</SP> с при коэффициенте заполнения 10<SP POS="POST">-1</SP> - 10<SP POS="POST">-2</SP>. При этом сокращается общая длительность процесса и расход электроэнергии в 1,7 раза. Скорость насыщения увеличивается в 1,85 раза. 1 ил., 3 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5()5 С 23 С 8/70
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4382016/02 (22) 22.02,88 (46) 07.07.91, Бюл, М 25 (71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения
Украины с Россией (72) И.М.Спиридонова, В,П.Бодриков, В.Д,Колючая, В.И.Мостовой и B Ã.Ïèñüìåíный (53) 621.793.669.586.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1046340, кл. С 23 С 8/70, 1983.
Авторское свидетельство СССР
N. 765397, кл. С 23 С 8/70, 1980. (54) СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИЗНОГО БОРИРОВАНИЯ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к процессам
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке стальных изделий, а именно к процессам электролизного борирования, и может быть использовано в машиностроении, ремонтных службах и инструментальном производстве предприятий других отраслей для повышения износостойкости стальных изделий.
Цель- повышение скорости насыщения и снижение расхода электроэнергии на процесс борирования.
Способ электролизного борирования включает нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередова. ние стадий электролиза при плотности тока, обеспечивающей формирование слоя, и безэлектролизной выдержки в расплаве, „„SU„„1661245 А1 электролизного борирования, и может быть использовано в машиностроении, ремонтных службах и инструментальном производстве предприятий других отраслей для повышения износостойкости стальных изделий. Цель изобретения — повышение ско. рости насыщения и снижение расхода электроэнергии на процесс борирования, Способ включает нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередование стадий электролиза при плотности тока, обеспечивающей формирование слоя, и безэлектролизной выдержки в расплаве.
Процесс электролиза осуществляют импульсным током с длительностью импульса
10 — 10 с при коэффициенте заполнения
-5 -6
10 — 10 . При этом сокращается общая дли-1 -2 тельность процесса и расход электроэнергии в 1,7 раза. Скорость насыщения увеличивается в 1,85 раза. 1 ил., 3 табл. при этом процесс электролиза осуществляют импульсным током с длительностью импульса 10 — 10 с при коэффициенте заполнения 10 -10
-1 -2
Поскольку наиболее высокой работоспособностью обладают однофазные боридные слои, состоящие из борида Fe2B, то для получения высококачественного боридного слоя с повышенной работоспособностью необходим не только градиент концентрации бора, но и создание таких условий электропереноса, когда бор, находящийся в расплаве, в максимальной степени успевает диффундировать в материал с образованием только борида низшей концентрации Ре2В.
Проведенные теоретические исследования, основанные на сравнении массопере1661245 нова бора электрическим полем из расплава к упрочняемой поверхности и от поверхности за счет диффузии бора в сталь, показывают, что процесс электролизного борирования должен осуществляться в импульсном режиме и равновесие возможно при длительности импульса тока электролиза от 10 до 10, после чего необходимо делать продолжительную безэлектролизную выдержку, на 1 — 3 порядка превышающую длительность стадии электролиза.
Зная продолжительность импульса и время безэлектролизной выдержки, легко определить частоту следования импульсов и коэффициент заполнения, Экспериментальная проверка значений выбранных параметров показывает следующее. Обрабатывают стальные образцы высотой 35 мм и диаметром 15 мм.
Температура расплава составляет
900+10 С, плотность тока 0,25 А/см . Образцы насыщаются бором в расплаве буры чередованием стадий электролиза в безэлектролизной изотермической выдержки, Продолжительность импульса при электро-з лизе задают в интервале 10 — 10 с с частотой от 10 до 10 Гц, что обеспечивает продолжительность безэлектролизной выдержки между импульсами в интервале 10 -10 с.
-1 -5
Параллельно обрабатывают стальные образцы по известному способу. Все образцы подвергают металлографическому анализу для измерения толщины боридного покрытия и оценки его качества.
Коэффициент заполнения К связывает период Т повторения импульса с его длительностью ти .
Коэффициент заполнения К определяют по формуле
К= — или К=T f, Ти
Т где f — частота следования импульсов.
Скорость насыщения стали бором находят из соотношения
Н
Чн = — мкм/мин, 7 где Н вЂ” толщина боридного слоя, мкм;
t — продолжительность процесса, мин, Результаты представлены в табл.1 и 2 и на чертеже.
На чертеже видно, что при длительности импульсов xg = 10 10 с и коэффици енте заполнения К = 10 -10 скорость
-l -б насыщения в 1,85 раза выше, чем в известном способе. При снижении или повышении значений указанных параметров скорость насыщения находится на уровне известного способа (0.65 мкм / мин.).
Диффузионные слои состоят из фазы
FezB и характеризуются повышенной плотностью за счет снижения количества пор.
Сокращение продолжительности стадии
5 электролиза приводит к снижению энергоемкости.
Процесс импульсного электролизного борирования осуществляется автоматически без вмешательства человека.
10 Пример. Борируют две партии образцов.
Первая партия — по известному способу за 4 цикла с режимами:
Длительность стадии электролиза, мин
15 (в каждом цикле) 1
Плотность тока, А/см 0,25
Длительность стадии выдержки, мин:
1 цикл 15
2 цикл 30
20 3 цикл 45
4 цикл 60
Общая длительность процесса, мин 154
Вторая партия — по предлагаемому способу с режимами:
25 Длительность импульса т,с 10
-б
Коэффициент заполнения, К
Зх10
Плотность тока, А/см 0,25
Общая длительность процесса, мин 80
30 При одинаковых по толщине боридных слоях на первой партии получена скорость насыщения Чн = 0,65 мкм/мин, на второй партии VH = 1,2 мкм/мин, т.е. почти в 2 раза выше (см.табл,3).
35 Суммарная длительность стадий электролиза у первой партии равна 1х4=4 мин, у второй партии — 80х3х10 = 2,4 мин.
-г
За две смены по известному способу на одной печи можно упрочнить 5 загрузок де40 талей, При этом суммарный расход электроэнергии на электролиз составляет 0,3 кВт/ч.
Расход электроэнергии на 5 загрузок деталей по данному способу равен 0,18 кВт/ч, Производительность оборудования
45 повышается с 5 до 8 загрузок деталей за две смены.
Как видно из приведенных результатов, предлагаемый способ импульсного борирования в указанном интервале режимов
50 обеспечивает по сравнению с известным способом увеличение скорости насыщения в 1.85 раза и снижение энергоемкости в 1,7 раза, Формула изобретения
55 Способ электролизного борирования стальных изделий, включающий нагрев в борсодержащем расплаве до температуры насыщения, чередование стадии электролиза при плотности тока, обеспечивающей
1661245 формирование боридного слоя, и стадии выдержки в расплаве с отключением тока, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости насыщения и снижения расхода электроэнергии., на стадии электролиза используют импульсный ток с длительностью импульса т = 10 — 10 с и
-5 -6 коэффициентом заполнения К=10 -10
Таблица1
Зависимость скорости насыщения от длительности импульсов
Скорость насы ения VH мкм/мин
f,Ãö х,c фактическая средняя по ежим средняя по т„ е лагаемый
0,91
0,65
0,95
1,0
0.95
1,1
0,89
Опытный
0,550.8
1,1
0,8
0,79
0,51
10-3
10-2
101
101
102
0,5
0,52
0,45
0,53
0,55
0,52
Зх10
0,56
0,7
0,9
0,8?
0.79
Известный
0,65
102
103
104
1ф
102
103
104
Зх10
102
103
Зх10
10.
103
104
1ф
10-4
1 0-3
101
10-4
10-3
Зх10
101
Зх10
Зх10
Зх10
Зх10
Зх10 э
Зх10
0,7
0,6
0,7 l,0
1,4
0,75
0,7
0,95
1,1
1,26
0,65
0,7
1,1
1,0
0,8
0,55
0,8
1,15
0,6
0,53
0,65
0,95
1,17
0,72
0,65
0,82
1,05
1,33
>,65 ц,82
1,05
0,97
0,95
0.55 . 0,8
1,12
0,7
0,54
0,67
0,92
1,02
1661245
Таблица2, мкм/мин
Ско ость
Эффективность процесса
К средняя по режиму фактическая гаемый
1,07
О,87
1,0
0,45
0,88
1,1
0,8
0,99
1,0
0,53
1,4
1,1
1,2
1,15
Опытный
Зх10
0,95
0,82
0,6
0,8
0,8
10ь
0,72
0,67
0,56
0,6
0,75
0,65
0,7
0,7
0,63
0,66
0,53
0,7
10-4
1 0-3
0,65
0,9
0,95
0,65
0,95
0,7
0,95
0,55
0,78
0,7
0,55
0,82
Известный
0,65
0,65
Зависимость скорости насыщения от коэффициента заполнения средняя при оптимальных значениях t - 10
-10 с
Выше уровня прототипа на 6085% †наивысшая
То же
Выше уровня прототипа на
45%-недостаточная
На уровне прототипа
-низкая
Выше уровня прототипа на
25%-недостаточная
Диффузионный слой содержит до 30% фазы Fe84, значительное колво по
1661245
Таблица3
Получение боридного слоя одинаковой толщины
Параметр
Способ известный поедла гаем ы й
Длительность стадии электролиза в каждом цикле(периоде), с
Количество Циклов за обработку
Суммарная длительность стадий электролиза за обработку,мин
Продолжительность обработки,мин
Скорость насыщения,мкм/мин
Расхо элект оэне гии на 5 заг зок,кВт/ч
1,5х10
2,4
1,2
0,18
154
0,65
0,3
I/g, инм/м
f0
Составитель Н.Сункина
Техред М.Моргентал
Корректор М.Демчик
Редактор М.Стрельникова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
Заказ 2099 Тираж 5 TÎ Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
