» » Применения борирования в промышленности
17.12.2014

Легирование поверхности изделий методом диффузионного борирования - эффективное средство повышения свойств сталей, из которых они изготовлены. Благодаря поверхностной твердости, износостойкости, жаропрочности и стойкости борированной стали в агрессивных средах во многих случаях ответственные детали можно изготовлять не из дорогостоящих высоколегированных сплавов, а из углеродистых сталей, подвергая их диффузионному борированию.
Так, диффузионное борирование Ст.З повышает ее износостойкость в гидроабразивной среде более чем в 20 раз.
Изготовление сит для центрифуги УВ-1 из сталей Ст.З и 45 с последующим борированием дает увеличение стойкости в 1,5-1,8 раза по сравнению с серийными ситами,изготовленными из нержавеющей стали 152. В недрение борированных сит для центрифуги УВ-1 дает условно годовую экономию по обогатительным фабрикам Украины около 4000 тыс. руб. Одновременно высвобождается 25-30 т металлического никеля.
Применение борированных резцов позволяет в некоторых случаях отказаться от дорогостоящей инструментальной стали. Испытание борированных (с последующей закалкой) резцов из стали У8 показало, что их стойкость не отличается от стойкости резцов из быстрорежущей стали.
Износостойкость втулок быстроходных дизелей, изготовленных из борированной стали 45, оказывается в 2,8 раза выше, чем втулок, изготовленных из высококачественной легированной стали 38ХМЮА, с последующим азотированием.
В настоящее время проводятся большие работы по применению борирования в различных отраслях народного хозяйства. Так, институт ГИПРОЦЕФТЕМАШ освоил изготовление борированных втулок из стали 45 для буровых насосов, которые раньше изготовлялись из стали У7А, с последующей закалкой током высокой частоты. Износостойкость втулок оказалась в три-четыре раза выше. Там же были проведены испытания борированных дисков пяты турбобура и штоков буровых насосов. Ранее эти детали изготовляли из стали 20х с последующей цементацией и закалкой. Срок службы составлял 15-25 ч. Промышленные испытания деталей из стали 45 показали стойкость в четыре-пять раз большую.
Анализ испытания борированных сталей 12ХН2, 40Х, 30ХГСА на ударно-абразивный износ показал, что износостойкость борированных образцов, в среднем, на 60% выше износостойкости цементированных образцов тех же сталей. Полученные данные позволили рекоменповать борирование в качестве способа упрочнения поверхности беговых дорожек опоры бурового трехшарошечного долота вместо цементации.
Высокая жаростойкость борированной стали и сохранение поверхностной тверцости при нагреве до 800-850° С позволяют применять борирование для повышения срока службы штампов и различных фильер. На рис. 56 показан износоглацких вальцовочных штампов из закаленной (кривая 1) и борированной (кривая 2) стали У8. Из графика видно,что срок службы борированных штампов, за счет их большей поверхностной твердости (1500-1600 кГ/мм2), увеличиваете в 5-8 раз. Испытание борированных штампов из сталей У8, 30ХГСА, 5ХНВ и 8X3 показало, что борирование повышает стойкость легированных сталей в 3,3 раза, а углеродистой стали в 5,5 раза. При этом стойкость борированных штампов из углеродистой стали оказывается в 1,5 раза выше по сравнению с легированной. Слой на стали У8 получается более сплошным и однородным, чем на стали 5ХНВ. Износостойкость и жаропрочность поверхности у стали У8 значительно выше, чем борированной поверхности стали 5ХНВ.
Применения борирования в промышленности

Стойкость вставок для пропусков проволочных станов, изготовленных из борированной стали 40, в 13,5 раза выше стойкости обычно применяемых чугунных пропусков и в два раза выше, чем хромированных (табл. 27). Хромированный слой истирался в отдельных местах за две-три смены работы, где наблюдалось налипание металла. На борированных вставках прилипания металла не происходит.
Применения борирования в промышленности

Борирование поршней для машин литья давлением из углеродистой стали в два раза повысило их износостой кость по сравнению с поршнями из дорогостоящей жаропрочной стали ЗХ2В8. Внедрение борирования пластин-пресс-форм полусухого прессования огнеупорных изделий позволило повысить их износостойкость в два-три раза, по сравнению с серийными цементированными пластинами. Борированию подвергаются пластины из термически не обработанной, но цементированной стали 20Х. Процесс включает механическую обработку пластин, шлифовку до окончательного размера, цементацию в твердом карбюризаторе, зачистку от окалины до блеска, электролизное борирование (950° С), промывку горячей водой, нагрев в безокислительной аде под закалку и закалку пластин с 830-850° С в воду.
Высокая поверхностная твердость борированной стали (1500-1800 кГ/мм2) позволяет использовать ее в условиях интенсивного абразивного изнашивания. Высокую стойкость в полевых условиях показали борированные смеха тракторных плугов.
Испытания борированных труб, установленных на дымосасах, показали увеличение их эксплуатационной стойкости против абразивного золоизноса в 4-8 раз.
Эксплуатационные испытания борированных пальцев черпаковой цепи земснаряда из Ст.5 в условиях глинисто-песчаного грунта показали высокую износостойкость. Износ борированного пальца после 1900 ч работы составлял 0,20-0,25 мм на сторону. Износ серийных пальцев из стали Г13 в этих условиях составил более 1,0-2,0 мм. Стоимость одного штампованного пальца из Г18 составляет 4,2 руб., а борированного из Ст.5 - около 2,8 руб.
Износостойкость борированных элементов втулочно-роликовой буровой цепи в 1,8-2 раза выше, чем элементов, закаленных током высокой частоты. Кроме того, насыщенны бором элементы обладают повышенной коррозионной стойкостью при работе в шахтной воде.
Применение борированных пальпев н втулок, запрессовываемых в проушину звена гусеницы, позволяет повысить сто кость проушин в 17 раз, а пальцев - в 12 раз по сравнению с серийными. Видимо, при высокой твердости борированной поверхности абразивные частицы, в основном кварцевый песок (580-1000 кГ/мм2), дробятся и не царапают борированную поверхность. Наблюдающийся незначительный износ втулок и пальцев в данном случае можно объяснить коррозионно-механическим износом, связанным с образованием оксидных пленок на поверхности трения и с их удалением при механическим воздействием абразива в процессе работы.
Применение только борированных пальцев в сочетании с серийными проушинами из стали ЛГ13 также позволяет повысить стойкость пары. Средний износ опытных пар с борированными пальцами за 4 ч работы составляет 1 г, для пальцев (почти в 6 раз меньше среднего износа серийных пальцев'5-7 г) и 1,1 г для проушин (в 2,5 раза меньше среднего износа проушин, работающих с серийными пальцами 2-4 г ). Применение борированных пальцев приводит к качественному изменению процесса изнашивания шарнира гусеницы в присутствии абразива. Настины кварца не могут внедриться в поверхность пальца и при его проворачивании нанашивать проушину. В то же время частицы кварца, внедрившиеся в поверхность проушины, оказывают лишь слабое воздействие на очень твердую поверхность пальца. Таким образом, повышение твердости пальцев сопровождается уменьшением трущейся пары в целом.
Покрытие железа бором может успешно использоваться и для изготовления различных деталей пресс-форм. При формировании абразивного инструмента особенно интенсивному износу и быстрому выходу из строя подвержены керны, формирующие внутреннее отверстие круга. Проведенные нами испытания на Запорожском абразивном комбинате показали, что стойкость борированных кернов в 1,6 раза выше серийных, изготовленных из стали 20, с последующей цементацией и закалкой (HRC 62-60 кГ/мм2).
В заключение следует отметить, что борирование, как перспективный метод поверхностного упрочнения, находит все большее применение в промышленности. Успешным оказывается использование его для создания промежуточного слоя при соединении керамики с металлом и графиком.. Большое сечение захвата нейтронов у атомов бора обусловливает возможность применения борированной стали в реакторостроении.