Способ борирования ферромагнитных деталей

 

Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к диффузионному борированию. Цель изобретения - снижение трещинообразования и скалываемости слоя за счет снижения уровня остаточных напряжений. Способ включает борирование ферромагнитных деталей при 570-650°С, причем деталь предварительно намагничивают, перед диффузионным насыщением осуществляют контакт детали с насыщающей смесью, дополнительно содержащей железный порошок, количество которого определяют из соотношения Ф, % ≥ (Δ/H) <SP POS="POST">.</SP> 100, где Δ - линейное увеличение размеров детали

H - заданная толщина борированного слоя, мм, это позволяет снизить трещиобразование и скалываемость слоя. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 23 С 8/68

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4646886/02 . (22) 06.02.89 (46) 15.07.91. Бюл. N 26 (71) Краматорский научно-исследовательский и проектно-технологический институт машиностроения (72) Г.Д.Габинская, А.Г.Состин и В,Д,Найденко (53) 621.785.51.06(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1036799, кл. С 23 С 8/70, 1982. (54) СПОСОБ БОРИРОВАНИЯ ФЕРРОМАГНИНЫХ ДЕТАЛЕЙ (57) Изобретение относится к химико-термической обработке, а именно к диффузионному борированию. Цель изобретения—

Способ относится к химико-термической обработке, э именно к диффузионному борированию, и может быть использован для упрочнения прессоштампового инструмента.

Цель изобретения — снижение трещинообразования и скалываемости слоя за счет снижения уровня остаточных напряжений.

Способ включает борирование ферромагнитных деталей при 570 — 650 С, причем деталь предварительно намагничивают, перед диффузионным насыщением осуществляют контакт детали с насыщающей смесью, дополнительно содержащей железный порошок, количество которого определяют из соотношения

cD,% > — „ 100, где Л вЂ” линейное увеличение размеров детали, мм;

h — заданная толщина борированного слоя, мм. Ы 1 663044 А1 снижение трещинообразования и скалываемости слоя за счет снижения уровня остаточных напряжений. Способ включает борирование ферромагнитных деталей при

570 — 650 С, причем деталь и редва рител ьно намагничивают, перед диффузионным насыщением осуществляют контакт детали с насыщаемой смесью, дополнительно содержащей железный порошок, количество которого определяют из соотношения, Ф,;ь (Л/h ) . 100, гдето — линейное увеличение размеров детали; h — заданная толщина борированного слоя, мм. зта позволяет снизить трещинообразование и скалываемость слоя. 1 табл.

Ферромагнитная деталь будучи намагниченной создает вокруг себя внешнее магнитное поле, При контакте детали с насыщенной порошковой смесью, в которой присутствуют ферромагнитные частицы, последние, намагничиваясь, сами становятся магнитиками с противоположным полюсом и притягиваются к металлической поверхности, Притягиваясь к поверхности, ферромагнитные частицы оказывают давление на частицы карбида бора, уплотняя его и прижимая к намагниченной поверхности.

При последующем нагреве в местах контакта активных частичек насыщающей смеси с поверхностью детали происходит упрочнение металла. В местах же контакта ферромагнитных частичек последние препятствуют доступу частичек насыщающей порошкообразной смеси. Это приводит к образованию на поверхности чередующихся упрочненных и неупрочненных участков.

Присутствие пластичных неупрочненных

1663044 прослоек между хрупкими упрочненными участками снижает высокий уровень сжимающих остаточных напряжений, делает упрочненный слой менее хрупким и предотвращает его скалывание (растрескивание) под влиянием деформаций, вызываемых сжатием основного металла в процессе охлаждения после упрочнения, что повышает качество упрочненного слоя, При этом нагрев деталей должен происходить в интервале температур 570-650 С, участвующих в процессе упрочнения, так как при температуре ниже 570 С не происходит насыщение, а при температуре выше

650 С контакт порошкообразной смеси с металлической поверхностью детали нарушается иэ-за осыпания этой смеси вследствие размагничивания ферромагнетика..

Равномерное распределение неупрочненных участков по упрочняемой поверхности позволило снизить уровень сжимающих остаточных напряжений в упрочненном слое эа счет обеспечения большей свободы деформирования боридных фаз FeB и Се В при охлаждении без снижения их твердости и толщины слоя.

По предлагаемому способу борирование осуществляли на плоских образцах размером 70х10х3,2 мм, изготовленных из отожженных заготовок стали У8, относительная магнитная проницаемость которых составляла,и = 100, заданная толщина борированного слоя 30 мкм.

Для борирования приготовили порошкообразную рабочую смесь, содержащую карбид бора, хлорид олова и фтороборат калия, при следующем соотношении компонентов, мас. хлорид олова 3; фтороборат калия 5; карбид бора остальное.

Исходя иэ требуемой толщины слоя по формуле рассчитали задаваемое количество железного порошка (ПЖ-1М ГОСТ 9849-6).

Ф, ф — „100, Ь где Ь вЂ” линейное увеличение размеров детали, мм, в нашем случае Л = 0,045 мм;

h — заданная толщина борированного слоя, равная 0,3 мм, тогда

Ф, 0,045 100 15 o

0,3

Железный порошок добавляли в активный порошкообраэный состав и тщательно перемешивали с остальными компонентами порошковой смеси. Намагнитили образцы кратковременным (0,1 с) пропусканием постоянного тока вдоль оси цилиндров величиной 300 А. При этом напряженность на цилиндрической поверхности. составляла

1 300

Н вЂ”, 4 00 10000 А М а индукция

Bm =p èo — — 100 4 л 10 10000 = 1,25 Т.

Остаточная индукция в образце после намагничивания, измеренная прибором

ИМИ-3, составила 0,81Т.

Намагниченные образцы ввели на 0,5 мин в контакт с порошкообразным составом. После нарушения контакта намагниченная поверхность была покрыта равномерным слоем приставшей порошкообраэной смеси, Образцы поместили в контейнер, контейнер закрыли крышкой, загерметиэировали и загрузили в печь, нагретую до 650 С.

Контейнеры выдержали при 650 С в течение 6 ч, затем выключили печь, охладили вместе с печью, выгрузили на воздух и разгрузили.

Металлографические исследования показали, что толщина борированного слоя на образце-свидетеле составила. 300 мкм.

Остаточное напряжение определяли путем непрерывного травления борированных образцов с одновременной автоматической записью кривой деформации на приборе "Пион". Перед травлением боковые и верхнюю поверхность образцов пропитывали парафином для предохранения пор от растрескивания, В связи с различной степенью травления борированного и переходного слоев. а также основного материала толщину образца измеряли периодически через каждые 5-10 мин травления.

Расчет напряжений производили по форму-. ле для стержня прямоугольного сечения

Еа Кбс

О=—

40 ЗЬ где Š— модуль упругости исследуемого материала, Па; а — толщина образца в среднем сечении без половины стравленного слоя, мм;

45 Ь вЂ” половина расстояния между осями зажимных винтов, мм;

dt/da — интенсивность изменения стрелы прогиба образца в зависимости от его толщины;

50 k — коэффициент, равный отношению масштабов записи по осям Х и Y.

Результаты измерений показали, что в слое стали У8 образовались сжимающие напряжения величиной порядка 600 МПа, рас55 пространяющиеся на всю толщину слоя боридов.

Для получения сравнительных данных параллельно проводили борирование однотипных деталей по известному способу-прототипу.

1663044

С этой целью упрочнение образцов проводили на магнитоэлектрической установке, Сердечник и обрабатываемый образец подключили к источнику электрического тока так, чтобы его цепь замыкалась зернами ферромагнитного порошка. В зазор между образцом и сердечником электромагнита из бункера-дозатора по лотку ввели порошок ферробора. Изменяя угол наклона лотка и амплитуду его вибрации с помощью магнитной системы пускателя добились равномерной подачи порошка в зазор. Основную энергию подавали от генератора импульсов. Под действием микротоков, которые генерируются в магнитном поле при вращении детали, а также электрического тока зерна порошка расплавились и равномерно распределились по поверхности детали..

Результаты измерений остаточных HBпряжений показали, что в слое стали У8 образовались сжимающие напряжения величиной порядка 1100 МПа, распространяющиеся на всю толщину слоя боридов.

5 Характеристика изделий, обработанных по предлагаемому способу и прототипу приведена в таблице, Таким образом, упрочнение предлагаемым способом ферромагнитных деталей

10 снижает уровень остаточных напряжений в борированном слое.

Таким образом, упрочнение по предлагаемому способу ферромагнитных деталей повышает трещиностойкость и снижает ска15 лываемость слоя за счет снижения уровня остаточных напряжений, Формула изобретения

Способ борирования ферромагнитных деталей, включающий диффузионное насы20 щение при нагреве до 570 — 650 С, в боросодержащей среде с последующей выдержкой, отличающийся тем, что, с целью снижения трещинообразования и скал ываемости слоя за счет снижения уров25 ня остаточных напряжений, деталь предварительно намагничивают, перед диффузионным насыщением осуществляют контакт с насыщающей смесью. дополнительно содержащей железный порошок, ко30 личество которого определяют иэ соотношения

e,% > — ° 100, Ь где Л вЂ” линейное увеличение размеров де35 тали;

h — заданная толщина борированного слоя, мм.

Обработку производили по режиму:

Частота вращения, 06/мин 120

Подача инструмента, мин/об 0,3 Скорость подачи состава, гlмин 12

Ферробор марки ФБ-1

Гост 1848-69, грануляция, мм 0,2-0,4

Аморфный бор, ВТУГКХ, грануляция, мм 0,063

Карбамид ГОСТ6091 — 67, грануляция, мм

Рабочий зазор между поверхностью детали и полюсами наконечников, мм 2 — 4

0,063

Результаты металлографических исследований показали, что толщина борированного слоя на образце-свидетеле составила

300 мм. слоя, мм ) Структура слоя

r Ирадлагас- 1!рстотии мыл способ

Т-ра на- Толя>ниа сыщсиия, Р Прототип

Качостоо слоя

Лпототип Прадлагаам»>3

) способ

Врсдлагасмьн3 способ

570 200

Сплошной бориропанный слои отдс>и нь а тр >all>>I>I н ско>ьы на

O T cJJT C T » Y. u трооапя н cKQ лоп

В борлрс.нанном слон ирисутстау>от нсуирочнсниыс участки

IIлощадыо 20% от площади с»оя острых кромлах е00 120-140 300

650 120-140 300

Составитель И.Соловцов

Редактор Н,Киштулинец Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор M,Màêñèìèøèíåö

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2238 Тираж 572 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5