Transcript
Page 1: ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН ШТАМПОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧА

Соколов В.О., Игонин В.А.

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН ШТАМПОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧА

В статье рассмотрена технология упрочнения сменных стальных пластин штампов путем борирования

в порошках. Применение предлагаемой технологии позволяет увеличить износостойкость пластин более

чем в два раза и соответственно, повысить эксплуатационную надежность штампов для производства

кирпича.

Эксплуатационная надежность деталей, подвергающихся интенсивному изнашиванию, определяется ме-

ханическими и физико-химическими свойствами их рабочих поверхностей

Наиболее распространенным методом повышения износостойкости таких деталей является химико-

термическая обработка (ХТО), в результате которой на поверхности детали можно получить упрочнен-

ный слой, свойства которого существенно отличаются от основного металла.

Особое место место среди процессов ХТО занимает борирование в порошках, позволяющее получить

высокую твердость, а следовательно и износостойкость поверхностного слоя[1]. В то же время суще-

ствующие способы борирования не полностью реализуют большие потенциальные возможности указанного

метода.

В данной работе в целях повышения эффективности борирования предлагается в состав порошковой

смеси, содержащей карбид бора, инертную добавку и активатор, добавить карбюризатор, в качестве

которого используется древесный уголь. Введение карбюризатора обеспечивает стабильное образование

газовой фазы (диоксида углерода), тем самым предохраняет смесь от окисления, сохраняя высокую

насыщающую способность ее компонентов.

Для осуществления процесса борирования в контейнер с установленными в него пластинами засыпа-

ется порошковая смесь, после чего он закрывается крышкой и устанавливается в электропечь. Герме-

тизация контейнера плавким затвором не производится, что существенно упрощает технологический

процесс и сокращает затраты времени. Температура нагрева составляет 900-1000°С. Время выдержки 6-

8 часов. После окончания процесса борирования образцы подвергаются закалке в соляной ванне.

Основным фактором формирования боридного слоя является фазовое превращение, приводящее к пере-

стройке кристаллической решетки.

Диффузия бора через поверхность детали в глубину при постоянной температуре, согласно второму

закону Фика может быть описана дифференциальным уравнением массопереноса [2]. Полагая, что коэф-

фициент диффузии незначительно зависит от концентрации, уравнение диффузии можно представить в

виде:

( )

( )

(1)

где ( ) концентрация бора в детали; коэффициент диффузии бора в сталь. Поскольку толщина диффузионного слоя незначительна по сравнению с размерами детали, последнюю

можно считать полубесконечным телом с адиабатическими условиями:

( )

Начальное распределение концентрации бора в слое принимается постоянным:

( )

Рисунок 1 –Микроструктура боридного слоя; х200

Решение дифференциального уравнения (1) позволяет определить профиль ( ) распределения концен-трации бора по толщине детали x. При содержании бора 8,84% образуется химическое соединение —

, а при содержании бора 16,25% — , имеющие, соответственно тетрагональную и ромбиче-скую кристаллическую решетку[3]. Таким образом, известный профиль концентрации бора дает

возможность прогнозировать толщину упрочненного слоя на поверхности детали. Структурные

особенности строения кристаллической решетки боридов железа обоих типов обусловливают их

высокую твердость.

Page 2: ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЕЖНОСТИ СТАЛЬНЫХ ПЛАСТИН ШТАМПОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИРПИЧА

Рисунок 2 – Результаты испытаний износостойкости пластин

При металлографическом исследовании образцов из углеродистой стали подвергшихся борированию, на

поверхности выявляется плотный белый слой боридов, которые вклиниваются в основной металл (рис.

1). Боридная зона имеет характерное игольчатое строение. Иглы-конусы боридов срастаются основания-

ми у поверхности и образуют сплошной слой.

Для сравнения износостойкости были проведены исследования пластин штампов для полусухого прес-

сования кирпича в реальных условиях производства. При этом использовали пластины, изготовленные из

стали 20, подвергаемые цементации на глубину 1,5-1,8мм с последующей закалкой до твердости 55-60

, и пластины, подвергнутые борированию по предложенной технологии. Гистограмма относительной износостойкости пластин приведена на (рис. 2).

Анализ показывает, борирование по предлагаемой технологии позволяет повысить износостойкость

более чем в 2 раза по сравнению с традиционным методом упрочнения.

Таким образом, предложенный способ позволяет существенно повысить долговечность и эксплуатаци-

онную надежность стальных пластин штампов для прессования кирпича, а также упростить и удешевить

технологию борирования из порошков.

Литература 1. Сорокин Л.М. Упрочнение деталей борированием.-М.: Машиностроение, 1972 - 325с.

2. Левченко Т.М., Панич Т.Т., Стасевич Т.В. и др. Диффузионное насыщение и покрытие на метал-

лах.-Киев.: Наукова думка, 1977 – 189с.

3. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник/ Под ред. Л.С. Ляховича. М: Ме-

таллургия, 1981 – 423с.


Recommended