Témata
Reklama

Vytváření otěruvzdorných povrchových vrstev boridováním

Pod pojmem boridování rozumíme v souladu s normou DIN 17014 postup termochemického zpracování k obohacení povrchové vrstvy obrobku bórem. Boridování se využívá k dosažení vysoké tvrdosti povrchu obrobků z nízkouhlíkaté oceli, a představuje tak možnost snížení adhezivního a abrazivního otěru těchto obrobků při dané úrovni namáhání.

Boridování patří k rozsáhlé skupině postupů chemicko-tepelného zpracování, jejichž hlavními zástupci jsou cementace, karbonitridace a nitridace. Ve všech těchto technologických postupech se požadované kombinace vlastností materiálu dosahuje nadifundováním cizího prvku do povrchu zpracovávaného obrobku. Při těchto difúzních pochodech vzniká vrstva obohacená o daný prvek, která víceméně spojitě přechází od tvrdé okrajové zóny k měkkému jádru.
Reklama
Reklama

Boridová oblast

Vrstvy boridu železa, které se při boridování vytvářejí, vykazují vysokou tvrdost a díky propojené struktuře mají vynikající soudržnost se základním materiálem. Stavba a struktura boridové vrstvy jsou z největší míry ovlivněny aktivitou látky pro předávání bóru, teplotou a trváním postupu a zpracovávaným materiálem. Dobré propojení boridové vrstvy se základním materiálem je předpokladem k tomu, aby se vrstva při namáhání neodlupovala nebo neodprýskávala.
Na obr. 1 je schematicky znázorněna dvoufázová boridová vrstva na nelegované oceli. Tato vrstva je na vnějším povrchu tvořena na bór bohatou a tmavě leptanou oblastí FeB a dále světleji leptanou a na bór chudší oblastí Fe2B. Borid FeB je sice poněkud tvrdší, ale výrazně křehčí než Fe2B. Z toho důvodu se požaduje vytvoření pouze jednofázové vrstvy Fe2B. Pokud nelze vzniku FeB předejít, je potřeba dbát na to, aby nevznikla uzavřená povrchová zóna. Stavba a růst boridové vrstvy jsou kromě podmínek pracovního postupu boridování výrazně ovlivněny i složením základního materiálu obrobku určeného k boridování.
Ideálního připojení vrstvy lze dosáhnout u nelegovaných a nízkolegovaných ocelí. S narůstajícím obsahem legujících prvků se snižuje růst vrstvy a propojení vrstvy je obtížnější. Kromě toho je potřeba dbát na to, že boridová vrstva nepřijímá žádný uhlík a že vykazuje jen minimální rozpustnost křemíku. Boridování probíhá obvykle při teplotách mezi 800° C a 1000° C. Na obr. 2 jsou pro rozličné materiály uvedeny závislosti síly vrstvy na době zpracování při teplotě 900° C.

Realizace postupu

Průmyslově se dnes boridování realizuje ve vhodných práškových prostředcích, jakým je například Durferrit Durborid 1, nebo s použitím boridovací pasty Durferrit Durborid - Paste. Při použití přípravku Durferrit Durborid 1 se zpracovávané díly umístí spolu s boridovacím přípravkem do skříně ze žáruvzdorné oceli. Po uběhnutí stanovené doby zpracování se nádoba s obrobky vyjme z pece a ochladí se na vzduchu. V důsledku vysoké teploty zpracování a následujícího pomalého ochlazování odpovídá struktura jádra nelegované a nízkolegované oceli vyžíhanému stavu. Abychom pro případ tlakového namáhání získali podporu základního materiálu, je možné obrobek po uskutečněném zpracování kalit nebo zušlechťovat. Ochlazování se po tomto postupu uskuteční do oleje nebo do horké lázně (obrázek 3). Při boridování s použitím pasty se doporučuje aplikace ochranného plynu.

Vlastnosti boridové vrstvy

Jedním z ukazatelů dobrých otěrových vlastností je vysoká tvrdost. Vedle tvrdosti ale o otěrových vlastnostech rozhoduje řada dalších faktorů, jako je stav povrchových ploch, sklon ke studenému svařování a typ namáhání. Odolnost proti otěru je díky vysoké tvrdosti (1700 až 2000 HV) dobrá. Přesto tuto dobrou ochranu proti otěru nelze obvykle prokazovat laboratorními zkouškami, protože v praxi přistupují důležité ovlivňující faktory (tvrdost, hrubost, podíl nosnosti, zatížení a mazání), které většinou v laboratoři není možné uskutečnit. Především lze vyzdvihnout nízkou tendenci boridované vrstvy ke studenému svařování. Při abrazivním otěru jsou silnější vrstvy výhodnější, než tomu je u otěru v běžném strojírenství. Boridové vrstvy jsou v důsledku jejich vysoké tvrdosti i poněkud křehčí. Je proto nutné vzít do úvahy, že podobně jako u cementačně vytvrzovaných obrobků tažnost vrstvy závisí na zbývajícím průřezu a jeho vlastnostech.

Použití technologie boridování

Pro názornost uvádíme několik příkladů, kdy technologie boridování pomohla při řešení praktických problémů:
  • při zpracování kompozitních termoplastů vyztužených skelným vláknem dochází ke značnému otěru strojních dílů. Stávající postupy pro zvýšení životnosti výtlačných nástrojů (nitridace nebo pancéřování) nepřinášely požadovanou životnost. Pomocí boridování se životnost výtlačných šneků z Cr-Mo a nelegovaných zušlechtěných ocelí zvýšila o více než 100 %;
  • kamenické desky se dříve vyráběly z vysokochromové oceli. Stejné díly vyráběné z materiálu St37 získaly po boridování se sílou vrstvy 400 mikrometrů čtyřnásobnou životnost;
  • vyvrtávací tyče z materiálu 42CrMo4 pro tvarování dřevěných bloků získaly po vytvoření boridové vrstvy o síle 180 mikrometrů více než dvojnásobnou dobu použití v porovnání s dříve obvyklým nástrojem z 12% Cr oceli;
  • trn z materiálu 90MnV8 pro tažení výfukových trubek byl po dobu 4 hodin boridován při teplotě 860 °C v přípravku Durferrit Durborid 2 a následně v krabici ochlazen. Tímto nástrojem bylo dříve ve vytvrzeném stavu možné táhnout 100 trubek, zatímco boridovaný nástroj se po tříměsíčním používání ještě nemusí měnit;
  • razník z materiálu X33CrMoV3 pro vyrážení ok ve stabilizátoru z materiálu 50CrV4 byl boridován po dobu 4 hodin při teplotě 920 °C s následným ochlazením v krabici. Jeho životnost se tímto postupem zvýšila na 3,5násobek;
  • kovářské zápustky s plochým tvarováním z materiálu 56NiCrMoV7 dosáhly po boridování po dobu 8 hodin při teplotě 860 °C v přípravku Durferrit Durborid 3, následném zachlazení do oleje a popuštěním při 360 °C trojnásobné životnosti;
  • v textilním strojírenství je možné výrazně snížit vysokorychlostní otěr na dílech, jako jsou prvky vedení vlákna, vodicí plechy a vodicí kladky, i když se tyto díly z důvodů dobré obrobitelnosti vyrábějí z automatové oceli. Zde dostačuje síla vytvořené vrstvy v řádu 40 až 120 mikrometrů.
  • Uvedené příklady z praxe ukazují, že boridování lze s výhodou uplatnit při řešení speciálních otěrových problémů. Boridovací prostředky řady Durferrit Durborid dováží společnost Degussa Praha, s. r. o.
    Reklama
    Vydání #4
    Kód článku: 30405
    Datum: 23. 04. 2003
    Rubrika: Trendy / Povrchové úpravy
    Autor:
    Firmy
    Související články
    Finesy antikorozních úprav do extrémních podmínek

    Není asi náročnější zakázky na povrchové antikorozní ochrany než konstrukce pro extrémní klimatické podmínky, jako je střídání abnormálních teplot a slané prostředí. To je totiž ta pravá „ochranářská“ maturita. Mají-li se v těchto podmínkách chránit nadrozměrné konstrukce, není mnoho firem, které si na to troufnou. Před takovým dilematem stáli nepochybně investoři a realizační firmy při stavbě ve své době největší výletní lodě Queen Mary II a těžaři při konstrukci zřejmě nejseverněji umístěné naftové těžební plošiny Goliat v Barentsově moři. Jejich volba firmy realizující protikorozní úpravy padla na vlašimský Metalkov.

    Kompozitní povlaky jako možná náhrada za povlaky na bázi CrIV

    Tento příspěvek se týká oblasti povrchových úprav, zejména elektrolyticky vyloučených kovových povlaků, a to způsobu vytvoření kompozitní povrchové úpravy na bázi niklu s vysokou odolností proti opotřebení. Výsledkem provedeného výzkumu je technologický postup závěsového pokovení pro nový kompozitní povlak NiP-XLS, který by mohl nahradit povlaky na bázi CrIV.

    Předúprava oceli nízkoteplotním plazmatem pro zvýšení pevnosti lepeného spoje

    V příspěvku jsou shrnuty výsledky výzkumu vlivu plazmochemické předúpravy vzorků oceli DC01 na výslednou pevnost lepeného spoje. Pro předúpravu povrchu vzorků oceli byla použita RF štěrbinová tryska generující plazma. Jako pracovní plyn byl použit argon a argon v kombinacích s dusíkem nebo kyslíkem. Vliv plazmové předúpravy na povrch oceli byl vyhodnocen pomocí měření kontaktních úhlů a výpočtu volné povrchové energie. Po slepení vzorků oceli pomocí běžně užívaného lepidla Weicon Flex 310M HT200 byly testovány výsledné vlastnosti lepeného spoje pomocí standardních mechanických odtrhových testů podle ČSN EN 1465.

    Související články
    Vakuové odpařování - technologie budoucnosti

    Vakuové odpařování je v České republice poměrně málo používaná technologie. Má však velký potenciál pro budoucí rozšíření. Tato technologie nachází využití v povrchových úpravách, chemickém, strojírenském, potravinářském a farmaceutickém průmyslu. Firma Kovofiniš je jednou z prvních českých firem, která nabízí vlastní vakuové odparky.

    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Reklama
    Související články
    Stříkání a lakování - trendy jsou nepochybné

    Nutnost zvyšovat technicko-ekonomickou úroveň firmy je na denním pořádku. Inovace zvyšují podnikovou konkurenceschopnost, kterou lze spatřovat zejména ve flexibilitě, tvorbě přidané hodnoty, efektivnosti a kvalitě. Také v oboru povrchových úprav je trendem automatizace a robotizace.

    Šetrné a účinné čištění těžko dostupných míst

    Klasické postupy čištění ve vodě se dostávají na hranice svých možností, když jde například o kapilární struktury nebo komplexní geometrie. Za takové situace se nově na scénu dostávají tzv. CNP technologie (Cyclic Nucleation Process). Tato technologie pracuje na principu cyklické nukleace (tvorby krystalových zárodků z přesycených roztoků).

    Komplexní způsob kontroly procesu odmaštění

    Článek pojednává o možnostech komplexní kontroly procesu odmaštění v průmyslových aplikacích, tj. především o možnostech kontroly stavu povrchu výrobků před procesem odmaštění a po něm a o kontrole stavu odmašťovacích kapalin pomocí UV-VIS spektroskopie.

    Zvýšení výkonu u tribo stříkání

    Stříkání práškových barev systémem tribo je založeno na fyzikálních principech, které do značné míry určují výsledné parametry stříkacího zařízení. Výrobce stříkacích pistolí je postaven před úkol navrhnout optimální konstrukci, která bude poskytovat nejlepší možný výstup, jakým je dostatečně nabitý prášek, který vystupuje v požadovaném množství a s použitelnou rychlostí z ústí nabíjecí trubice. Jak název napovídá, nabíjení prášku tribo je založeno na principu tření.

    Zvýšení procesní spolehlivosti čištěním

    Společnost BUPI Golser je světovou špičkou ve výrobě zařízení pro průmyslové čištění obrobků a transportních nosičů. Čisticí zařízení BUPI Cleaner jsou známá díky svým vynikajícím výsledkům čištění, kterých dosahují při vysoké hospodárnosti, energetické účinnosti a šetrnosti ke zdrojům. Vyráběna jsou v sídle společnosti BUPI Golser Maschinenbau v Halleinu u Salcburku. O zákazníky z České republiky a Slovenska pečuje od roku 2017 brněnská společnost Imtos.

    Ako zvýšiť kvalitu povrchových úprav

    Dokonale čistý a odmastený povrch dielov je základnou črtou pre všetky povrchové úpravy, ktorý má veľký vplyv na výslednú kvalitu produktu. Predovšetkým rôzne spôsoby nanášania kovov si vyžadujú starostlivú prípravu povrchu, aby sa zabránilo vzniku škvŕn, ktoré vznikajú v dôsledku povrchovej kontaminácie počas tvárnenia kovov.

    Vývoj epoxidových barev na konstrukce

    Trendem dnešní doby je snižování nákladů na nátěrové systémy na konstrukce. Tyto systémy jsou ve většině případů složeny ze základní nátěrové hmoty (NH) epoxidového typu a vrchního polyuretanového emailu. V rámci úspory nákladů byla vyvinuta NH, která plní funkci obou těchto nátěrových hmot, to znamená, že má antikorozní vlastnosti, splňuje funkci vrchní NH a je možné ji aplikovat pouze v jedné vrstvě.

    Zvýšení odolnosti polymerních nátěrů pomocí nano/mikrogelů

    Polymerní nátěrové hmoty aplikované na výrobcích plní různé funkce, nejčastěji estetickou a ochrannou. Moderní typy nátěrových hmot by měly tyto funkce kombinovat a rovněž i vyhovovat stále se zpřísňující chemické legislativě a požadavkům kladeným na ochranu životního prostředí a pracovních potřeb. Přirozeným důsledkem je neustálá potřeba vyvíjet a zavádět nové sofistikované formulace nátěrových hmot, a to jak v oblasti rozpouštědlových, tak i vodouředitelných nátěrových hmot.

    Jak zefektivnit proces stříkání práškovými barvami?

    Jak již název článku uvádí, bude se v něm pojednávat o aplikaci práškových barev. Konkrétně se jedná o méně známou a využívanou možnost automatizace a mechanizace stříkání, kterou jsou postřikové stěny.

    Nový druh maskování pro metrické šrouby

    Do současné doby bylo k dispozici pro maskování vnějších závitů několik druhů krytek, které jsou sice levné, ale mají spoustu nevýhod.

    Reklama
    Předplatné MM

    Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

    Proč jsme nejlepší?

    • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
    • Vysoký podíl redakčního obsahu
    • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

    a mnoho dalších benefitů.

    ... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

        Předplatit