176838. lajstromszámú szabadalom • Eljárás boridréteg létrehozására vasötvözeteken
3 176838 4 vósabb ugyan mint a kétfázisú FeB és Fe2B-ből álló boridréteg, azonban vékony élű, vagy éles sarkú alkatrészeknél továbbra is fennáll a repedés és lepattogzás veszélye. Különösen fontos ez az ütésnek és dinamikus terhelésnek kitett szerszámok, ill. alkatrészek esetében. Ilyenkor a boridálási rétegvastagság korlátozása illetve csökkentése sem jár kielégítő eredménnyel. A bornak alumíniummal, vagy szilíciummal történő egyidejű diffúziójára kidolgozott eljárásokkal sikerül a boridréteg szívósságát növelni, de csak annak az árán, hogy a keménység jelentősen csökkent. Ebben az esetben a szilícium, vagy az alumínium kimutathatóan beépül a diffúziós rétegbe. Az erről megjelent közlemények 10%-ban jelölik meg a porkeverékben az Al-részarányának azt az alsó határát, amelynél már kizárólag csak egyfázisú Fe2B létesül. Ekkora Al-részarány alkalmazásával viszont már az eredeti boridált réteg keménységértékének mintegy 20—30%-os csökkenésével kell számolni. További hibája az effajta szívósságnövelésnek az, hogy az egyenletes mélységű és előre meghatározott vastagságú boridréteg kialakításának lehetőségei erősen függenek a boridálás olyan feltételeitől, mint a keverék homogenitása, a hőkezelés hőmérséklete és időtartama, valamint a porkeverék egyes alkotóinak szemcsenagysága. Ezek közül ha bármelyik feltételt nem sikerül az előírásnak megfelelően, pontosan teljesíteni, akkor a boridálás sikeressége veszélyeztetett. A sikertelenség leggyakrabban az elégtelen keménységben, a lágyfoltosságban, vagy a vártnál kisebb rétegvastagságban nyilvánul meg. A boridréteg és az alapanyag kapcsolatának jellege döntő befolyással bír a boridréteg szívósságára, ill. az ütéssel szembeni ellenállóképességére. Ötvözetlen acélokon létrehozott egyfázisú boridréteg fogazatszerűen illeszkedik az alapanyagba, s így jól tapadó, szívós tulajdonságú. Ötvözött acélok esetén viszont az olyan ötvözök miatt, mint a Cr, W, Mo, V nem tud fogazott kötés kialakulni az alapanyag és a boridréteg között. A sima érintkezési felületű rétegkapcsolat lepattogzásra hajlamosabb, ezért az ütésszerű terheléseknél alkalmatlan. Jelen találmánynak az a célja, hogy olyan boridálási eljárást vezessen be, amelynek használatával vasötvözeteken, különösképpen melegmegmunkáló szerszámacélokon, szívósan az alapanyaghoz kötődő, egyenletes keménységű boridréteget lehessen létrehozni, amely így a dinamikus hatásnak kitett alkatrészek esetén is eredményesen alkalmazható. A találmány szerinti homogenizáló hőkezelésnek alávetett porkeverék egyenletes mélységű, minden részében azonos tulajdonságú bórdiffúziós réteget biztosít. Ezzel az eljárással létrehozott felületi rétegnek a hőlökésekkel szemben és a magas hőmérsékletű oxidációval szemben kiváló ellenállóképessége van, ezért alkalmazása melegmegmunkáló szerszámok tartósságnövelésére nagyon előnyös. A szívós kötésű boridréteg előállítására alkalmas, e találmány szerinti eljáráshoz létrehozott porkeveréket az jellemzi, hogy 17% bórkarbidot (B4C), 10% kristályvízmentes bóraxot (Na2B4ö7), 0,5% aktívszenet, 3% alumíniumfluoridot (AIF3) és 65% timföldet (AI2Ö3), valamint a kívánt rétegvastagságtól függően max. 4,5% alumíniumot tartalmaz. Ezt a reaktív porkeveréket a diffúziós eljárást megelőzően egy 400 °C-on végbemenő 1 órás hőkezeléssel homogenizáljuk. Az így előállított porkeverékkel levegő kizárása nélkül is eredményes bórdiffúzió érhető el, 900—1050 °C hőmérséklet tartományon belül, 4—6 órás hőntartással. A találmány szerinti eljárással létesített boridréteget az jellemzi, hogy a vasboridok olyan alfa szilárd oldatba vannak beágyazva, amely finom eloszlású bórcementitet is tartalmaz. Ennek a szilárd oldatú ágyazatnak a létrejöttét az alumínium és az alumíniumfluorid együttes hatása intenzívvé teszi. Az alumíniumfluorid mint aktivátor önmagában is képes a felületi dekarbonizáló hatása révén a diffúzió elősegítésére, de alumíniummal együtt fokozott hatékonyságot nyer. A porkeverék Al-tartalma kevés ahhoz, hogy ebből a kezelendő tárgy felületébe is beépüljön Al, csupán arra jó, hogy a bórax egy részét a Na2B407+4 Al -Na20 + 2 A1203-| 4B-14,104kal reakció szerint elbontsa és ezzel növelje a bórax-bórkarbid ismert reakciójából felszabaduló elemi bór mennyiségét. A megnövelt bórképződés intenzivebb folyamatot eredményez, vagyis ugyanazon hőkezelési idő alatt vastagabb boridréteget létesít. Ez a hatás különösen ötvözött acélok boridálásánál lényeges, ahol az olyan ötvözőelemek, mint a Cr, Mo, V és a W a bór diffúzióját nagyon korlátozzák. A találmány lényegét tehát az alumínium és alumíniumfluorid együttes hatása képezi, ami az eddigiekben ismeretlen, nem várt eredményt szolgáltatott. A folyamatot a cementáláshoz hasonlóan kell végrehajtani; az alkatrészeket lemezdobozba kell elhelyezni úgy, hogy a boridáló porkeverék egyenletesen, legalább 20 mm vastagságban mindenütt elfedje azokat. A porkeverék egyes alkotóinak szemcsenagyságát a boridálásra kerülő tárgy méretei szerint kell megválasztani. Vékony élű, finomabb részletekkel kialakított alkatrészekhez lehetőleg a 0,05 mm alatti szemcseméretű öszszetevőket kell választani, míg a durvább, vastagabb tárgyakhoz a nagyobb szemcseméretű 0,1—0,2 mm-es alkotórészeket célszerű felhasználni. A dobozokat úgy kell lefedni, hogy abból az izzítás során felszabaduló gázok eltávozhassanak. A porkeverék három alkalommal újra felhasználható, azután 50%-os új keverékkel lehet felfrissíteni. A találmány szerinti eljárást a következő példák szemléltetik. 1. példa a) G03 minőségű acélból (MSZ 17789—66) készült dróthengersori ereszték görgőket boridálunk (040 mm). A porkeveréket a következőképpen állítjuk össze: 17.0 súly% bórkarbid (B4C) 0,05 mm-es szemcséjű, 10.0 súly% kristályvízmentes Bórax-por (Na2B407), 0,5 súly% aktív szénpor, 3,0 súly% alumíniumfluorid por (A1F3) 65.0 súly% timföld-por, 4,5 súly% alumínium-por 0,1 mm alatti szemcseméretű. Az így összeállított elegyet lapátos keverő dobban 0 óráig folyamatosan keverünk, majd 3 mm falvastagságú lemezdobozba töltve 1 órán keresztül 400 °C-on homogenizáljuk. A görgőket lemezdobozba helyezve, a homogenizált boridáló porkeverékbe ágyazzuk úgy, hogy azok egymástól és a doboz falától legalább 20 mm távolságra 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
