Способ упрочнения стальной поверхности


 


Владельцы патента RU 2585151:

Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти применение в машиностроении для обеспечения повышения эксплуатационных характеристик деталей машин. Способ упрочнения поверхности стального изделия включает нанесение борсодержащей обмазки и последующую термообработку. В качестве борсодержащей обмазки на поверхность стального изделия наносят гомогенизированную смесь, состоящую из фенолформальдегидной смолы, имеющей коксовое число в отвержденном состоянии не менее 52% (А), борного ангидрида (Б) и карбонила железа (В) в соотношении А:Б:В от 90:8:2 до 50:40:10, с последующей двухстадийной термообработкой. На первой стадии осуществляют нагрев до 200-350°C в течение 2-8 минут с помощью инфракрасной лампы, а затем на второй стадии проводят нагрев с обеспечением температуры обмазки 850-1000°C за счет воздействия газопламенной горелкой в течение 10-30 минут. Обеспечивается повышение эффективности проникания борсодержащих компонентов, снижение температуры и времени насыщения стальной поверхности и упрощение технологии процесса. 1 табл., 1пр.

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти применение в машиностроении, обеспечивая повышение эксплуатационных характеристик деталей машин.

Известен способ упрочнения стальной поверхности путем диффузионного борирования стальных деталей, включающий нанесение борсодержащей обмазки на стальную поверхность и последующую диффузионную выдержку при температуре насыщения, проводимую в расплаве электрошлаковой ванны при 1500°C (патент RU №2016138 - прототип).

Недостатком прототипа является высокая температура выдержки (1500°C), в то время как, начиная с температуры 1000°C, происходит неизбежный рост зерна стали, приводящий к снижению ее механических свойств, о чем описано во многих работах по металлургии.

Кроме того, бор незначительно растворяется в железе и стали (0,1÷0,15%), а температура его плавления составляет 2000÷2500°C. Поэтому применение обычных борсодержащих смесей в качестве обмазок не позволяет эффективно насыщать бором стальные поверхности, учитывая большие размеры частиц.

Помимо этого, известный способ требует применения крупногабаритного оборудования и длительного процесса борирования с использованием электрошлаковых ванн и расплавов на флюсе при 1500°C.

Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности проникновения борсодержащих компонентов - снижение температуры и времени насыщения стальной поверхности и упрощение технологии процесса за счет использования обмазки, содержащей компоненты в виде гомогенизированной смеси до молекулярных размеров.

Поставленная задача достигается тем, что в качестве борсодержащей обмазки на поверхность стального изделия наносят гомогенизированную смесь, состоящую из фенолформальдегидной смолы, имеющей коксовое число в отвержденном состоянии не менее 52% (А), борного ангидрида (Б) и карбонила железа (В) в соотношении А:Б:В от 90:8:2 до 50:40:10, с последующей двухстадийной термообработкой - на первой стадии прогрев до 200÷350°C в течение 2÷8 минут электронагревательными приборами, а затем, на второй стадии, воздействием газопламенной горелки в течение 10÷30 минут, обеспечивая температуру обмазки 850÷1000°C.

Пример 1.

Приготовление обмазки

В реактор с мешалкой загружают 200 мас.ч. этилцеллозольва, после чего добавляют 48 мас.ч. борного ангидрида и перемешивают до полного растворения последнего. Далее к раствору борного ангидрида добавляют 65 мас.ч. фенолформальдегидной смолы марки «Бакелит жидкий» (ГОСТ 4559-71) в пересчете на сухой продукт и 6 мас.ч. жидкого карбонила железа.

Смесь перемешивается в течение 10 минут при +20°C, после чего растворитель отгоняется в количестве 190 мас.ч. и улавливается. Оставшиеся 10 мас.ч. этилцеллозольва обеспечивают пастообразное состояние полученной обмазки, в которой все компоненты гомогенизированы до молекулярного состояния. Полученный состав затаривается и хранится в складских условиях не менее 1 месяца.

Осуществление процесса борирования

Готовую обмазку наносят слоем 1 мм на стальную поверхность, после чего, на первой стадии, прогревают воздействием инфракрасной лампы до 300°C в течение 5 минут, в результате чего фенолформальдегидная смола отверждается и частично коксуется. После этого для стального изделия с нанесенной обмазкой сразу (или после достаточно длительного перерыва) осуществляют вторую стадию, подвергая газопламенному воздействию и обеспечивая на поверхности температуру 900°C в течение 15 минут, при этом карбонил железа разлагается, образуя чрезвычайно активные частицы железа атомарных размеров, которые мгновенно реагируют с атомами бора, возникающими за счет реакции восстановления борного ангидрида с разлагающимся коксом, образуя бориды железа, легко проникающие в стальную поверхность, насыщая эту поверхность и повышая ее твердость до показателя НВ350, что превышает твердость абразива.

Примеры 2÷4 осуществляют аналогично примеру 1, изменяя параметры в соответствии с таблицей 1.

По всем примерам поверхностная твердость достигает уровня НВ 350.

Способ упрочнения поверхности стального изделия, включающий нанесение борсодержащей обмазки и последующую термообработку, отличающийся тем, что в качестве борсодержащей обмазки на поверхность стального изделия наносят гомогенизированную смесь, состоящую из фенолформальдегидной смолы, имеющей коксовое число в отвержденном состоянии не менее 52% (А), борного ангидрида (Б) и карбонила железа (В) в соотношении А:Б:В от 90:8:2 до 50:40:10, с последующей двухстадийной термообработкой, причем на первой стадии осуществляют нагрев до 200-350°C в течение 2-8 минут с помощью инфракрасной лампы, а затем на второй стадии проводят нагрев с обеспечением температуры обмазки 850-1000°C за счет воздействия газопламенной горелкой в течение 10-30 минут.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам поверхностного упрочнения деталей из стали 40. Первоначально проводят предварительное поверхностное локальное борирование с использованием лазерного нагрева из обмазки, содержащей бор или его соединения.

Изобретение относится к способу химико-термической обработки и может быть использовано для повышения эксплуатационной стойкости изделий. .

Изобретение относится к металлургии и машиностроению, а именно к химико-термической обработке стальных деталей и может быть использовано для упрочнения рабочих органов сельхозтехники, применяемых при обработке почв по современным энерго- и ресурсосберегающим технологиям (плуги-плоскорезы, стрельчатые лапы, долота-рыхлители, долотообразные лемеха и пр.), большая часть поверхности которых в процессе работы находится в почве.
Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении, станкостроении, на предприятиях строительной индустрии и в других отраслях промышленности.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано для поверхностного упрочнения инструмента и деталей машин.

Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистой стали.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке и может найти широкое применение в машиностроении, повышая долговечность деталей машин.

Изобретение относится к химико-термической обработке металлов и сплавов в порошковых средах, а именно к борированию винтовых передач, например винтов, червяков и т.

Изобретение относится к металлургии, а именно к химико-термической обработке, и может найти широкое применение в машиностроении для повышения долговечности деталей машин.
Изобретение относится к металлургии, в частности к химико-термической обработке, и может быть использовано в машиностроении для поверхностного упрочнения деталей машин, изготовленных из углеродистых сталей и чугуна.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик трущихся поверхностей колес железнодорожного транспорта и других целей. Способ упрочнения поверхности стального колеса железнодорожного транспорта включает нанесение борсодержащей обмазки, представляющей собой гомогенизированную смесь, состоящую из фенолформальдегидной смолы, имеющей коксовое число в отвержденном состоянии не менее 52% (А), борного ангидрида (Б) и карбонила железа (В) в соотношении А:Б:В от 90:8:2 до 50:40:10, и последующую двухстадийную термообработку. На первой стадии осуществляют нагрев с помощью инфракрасной лампы до 200÷350°С в течение 2÷8 минут, а затем на второй стадии нагрев проводят воздействием газопламенной горелки в течение 10÷30 минут с обеспечением температуры обмазки 850÷1000°С. Обеспечивается повышение эффективности проникновения борсодержащих компонентов, снижение температуры и времени насыщения стальной поверхности колеса и упрощение технологии процесса за счет использования обмазки, содержащей компоненты в виде гомогенизированной смеси до молекулярных размеров. 1табл., 1 пр.
Наверх