Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, в котором Fe свыше 45%. Следовательно, основной опасностью полученных впоследствии изделий будет коррозия, которой железо подвержено больше всего. Также сталь нуждается в определенных дополнительных мерах воздействий, благоприятно отражающихся на ее прочностных качествах. Среди технологий, позволяющих успешно решить поставленные задачи — борирование металла и титанирование, особенности, проведение и назначение которых давайте рассмотрим подробнее.
Что такое борирование и для чего применяется?
Говоря о борировании стали, имеется в виду процесс, при котором в условии повышенных температур происходит диффузное насыщение поверхности металла активным бором. В обязательном порядке технология подразумевает выдержку в химически активной среде.
Борирование — это особенный и важный процесс за счет того, что он позволяет добиться:
- повышения прочности металла;
- улучшения износостойкости стальных изделий;
- доведения поверхностной твердости до 1800-2000 HV;
- высокой коррозийной стойкости у железоуглеродистых сплавов;
- повышения теплостойкости;
- улучшения окалиностойких способностей сплава;
- отличное сопротивление абразивному износу.
Если сравнивать итоговые преимущества борирования с результатами других видов химико-термических обработок, то его главное достижение – высокая микротвердость стали.
Диффузное насыщение стали металлами
Бор, о котором написано выше, не является металлом, правильно назвать его «переходным» элементом. Он повышает прочность стали, а вот для улучшения ее антикоррозионных свойств максимально эффективной является методика диффузионного насыщения металлами.
Диффузная металлизация может быть проведена с использованием алюминия, хрома, меди, кремния. Особым методом считается титанирование, при нем воздействие осуществляется с помощью внедрения в поверхностный слой стали титана, обладающего высокой коррозионной стойкостью, следовательно, способного в результате реакции передать это качество сплаву. Эксперименты и исследования доказали отличную склонность титана к диффузной металлизации. В виде примера можно привести факт того, что антикоррозионная способность после титанирования обычной стали (Ст3) оказалась даже выше, чему у конструкционной нержавеющей стали 12Х18Н10Т.
Как происходит диффузное насыщение: основные принципы осуществления борирования и титанирования
Основная суть процесса диффузного насыщения металлами заключается во введении в поверхностный слой сплава необходимого диффундирующего элемента (выбирается в зависимости от целей) под очень высокими температурами (обычно 900 – 1000 градусов) и в специальной среде. В результате химико-термической реакции поверхностный слой сплава железа с углеродом изменяется за счет внедрения в него молекул других элементов, следовательно, изменяются его физические свойства. Отличительной особенностью диффузного насыщения является и то, что вводимые элементы не встраиваются в кристаллическую решетку стали, а образуют так называемые «растворы замещения», в итоге процесс выходит длительным, сложным, дорогим, однако эффект того стоит.
В зависимости от среды проведения, процессы борирования и титанирования делятся на проводимые:
- в газообразной;
- в жидкой;
- в твердой среде.
В первом случае процесс происходит в газовой среде из галогенных соединений диффундирующего компонента. В ходе него атомы галогенидов металлов газовой среды вступают в реакцию замещения с поверхностью стали. Проводится в печах специальной конструкции или в муфельных. Особенность газовой фазы – возможность генерации бесконтактно, т.е. на некотором расстоянии от поверхности, подлежащей насыщению. Также есть технология контактная, т.е. когда в зоне соприкосновения — поверхность металла и источник активной фазы. Газовый способ выбирают чаще для титанирования (а также хромирования, вольфрамирования).
В жидкой фазе высокого эффекта удается достичь при выполнении борирования сплава. Проходит процесс в печах-ваннах, в которых обеспечивается температура (от 900 градусов), помещается расплав, подлежащий диффундированию, и детали для обработки. Жидким способом удается провести диффузное насыщение комплексное, т.е. с применением одновременно нескольких элементов (например, хромотитанирование).
Говоря о твердой среде, имеется в виду титанирование или борирование, оно заключается в нанесении на поверхность сплава специальной пасты. Это может быть состав, содержащий порошкообразный титан, после чего проводится отжиг в вакуумной среде или в нейтральной. Для автомобильных и прочих деталей из углеродистой или легированной стали может подойти борид титана. Метод прост и удобен, т.к. не требует сооружения огромных автоклавов.
