PROJEKT TECHNOLOGII

BOROWANIA DYFUZYJNEGO

STALI KONSTRTUKCYJNYCH

Patrycja Boksa
Ilona Bednarczyk
IM, rok III, gr.1

PLAN PREZENTACJI



POJĘCIE BOROWANIA DYFUZYJNEGO



DOBÓR ODPOWIEDNIEJ STALI



WARUNKI PROCESU BOROWANIA



BADANIE MIKROSTRUKTURY



BADANIE STRUKTURY FAZOWEJ



BADANIE TWARDOŚCI MATERIAŁU

DEFINICJA BOROWANIA

Borowanie - jest to obróbka cieplno -
chemiczna polegająca na nasycaniu
powierzchniowej warstwy stali borem. Warstwy
borowane cechują się bardzo dużą odpornością
na ścieranie. Borowanie jest wykorzystywane
także do utwardzania narzędzi, głównie do
przeróbki plastycznej jak ciągadła, korki,
matryce, walce itp.

RODZAJE BOROWANIA

1. W OŚRODKACH STAŁYCH – nie wymaga specjalnych urządzeń z
wyjątkiem skrzynek żaroodpornych, do których ładuje się elementy
wraz z mieszanką borującą, która składa się zwykle ze
sproszkowanych składników: węglika boru B4C lub żelazoboru.

2. W OŚRODKACH CIEKŁYCH czyli kąpielach solnych - nagrzewanie
przeprowadza się przez zanurzenie elementu na krótki czas w kąpieli
solnej lub metalowej, po czym następuje ostudzenie w wodzie.
Grubość warstwy zahartowanej reguluje się czasem zanurzenia w
kąpieli.

3. W OŚRODKACH GAZOWYCH - przeprowadza się w szczelnych w
okrągłych naczyniach (retortach) w atmosferze złożonej z chlorku boru
lub borowodoru B2H6 oraz gazu nośnego. Temp procesu 1100°C.
Borowanie gazowe jest uważane za metodę nowoczesną i
energooszczędną, ale wymaga kosztownych urządzeń. Ma też wady:
nie można stosować bezpośredniego hartownia, gazowe związki boru
są bardzo toksyczne.

Warstwy powstałe w wyniku borowania
dyfuzyjnego cechują się:



Żaroodpornością do temperatury 800°C,



Odpornością korozyjną w wielu roztworach
kwaśnych

i alkaicznych,



Odpornością na działanie stopionych metali i
stopów

WYBÓR STALI

Skład chemiczny:
C - 0,42%
Mn - 0,71%
Si - 0,18%
P - 0,008%
S - 0,032%
Cr - 0,11%

Własności:

Twardość - 250HB

Wydłużenie przy zerwaniu

-19%

Moduł Younga od 205 do

210GPa

Re - 430 MPa

Rm - 650-800 MPa

STAL C45

ZASTOSOWANIE STALI C45

- korpusy przyrządów
- narzędzia do obróbki drewna
- osie, wrzeciona, wirniki i części wirujące średnich

prędkości

- ogólnego przeznaczenia części maszyn średnio

obciążonych

- wały korbowe, koła zębate, tuleje, podkładki oporowe

PRZEPROWADZENIE PROCESU

BOROWANIA

Borowanie zostało przeprowadzone metodą gazowo-
kontaktową. Próbki umieszczone w retorcie zasypano
mieszaniną borującą, która składała się z boru
amorficznego, wypełniacza (sadzy) i aktywatora. Sadza
jako wypełniacz obniża potencjał borujący i zapobiega
spiekaniu mieszaniny. Natomiast aktywator,
przyspiesza proces dyfuzji atomów boru z mieszaniny
borującej do powierzchni elementu. Uszczelniona
retorta została umieszczona w piecu w temperaturze
950oC i wygrzewana przez cztery godziny.

DALSZA OBRÓBKA

Następnie stal poddano hartowaniu w temperaturze
850oC i niskim odpuszczaniu w temperaturze 150oC.
Hartowanie odbywało się w wodzie.

MIKROSTRUKTURA STALI
C45 PO BOROWANIU

Otrzymane warstwy mają budowę iglastą o dobrym powiązaniu

borków z podłożem. Grubość otrzymanych warstw mieści

się w zakresie 70-80 μm. Pod warstwą borków żelaza występuje

podłoże martenzytyczne.

STRUKTURA FAZOWA PO

BOROWANIU



W wyniku procesu borowania powstają
związki B z Fe zwane borkami: FeB i

Fe

2

B

, z

tym, że borek FeB jest twardszy, ale i
bardziej kruchy.



Próbki obciążane były nominalną



wartością siły obciążającej F = 0,9807N o symbolu



twardości HV0,1.



Mikrotwardość warstw borowanych dyfuzyjnie dla
stali



C45 i 41Cr4 w zakresie borków FeB wynosi ok. 1700-
1900



HV, a borków Fe2B ok. 1500-1600HV (rys. 5).



Mikrotwardość podłoża o strukturze martenzytycznej



wynosi ok. 700 HV 0,1.

TWARDOŚĆ STALI PO

BOROWANIU

Warstwy borowane dyfuzyjnie charakteryzują się dużą
twardością w zakresie 1500 -1900 HV.
Wysoka twardość uzyskana poprzez proces
wprowadzenia boru powoduje kruchość stali.
Aby przeciwdziałać temu zjawisku należy zmodyfikować
strukturę przez dodanie pierwiastków takich jak:



Nikiel



Miedź



Węgiel



Azot



Krzem

OBRÓBKA CIEPLNA STALI

PO BOROWANIU

Po borowaniu należy utwardzić podłoże warstwy
borowej przez hartowanie zwykłe w oleju z niskim
odpuszczaniem lub izotermiczne. Podczas nagrzewania
należy chronić warstwę borowaną przed utlenianiem.
Dobre efekty daje nagrzewanie kąpielowe w stopionym
boraksie. Po obróbce cieplnej można zeszlifować ok.
0,05 mm, aby usunąć porowate powłoki o niskiej
odporności na ścieranie.