Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Vytváření otěruvzdorných povrchových vrstev boridováním
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

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.

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.

    Další články

    Technologie pro povrchové úpravy

    Komentáře

    Nebyly nalezeny žádné příspěvky

    Sledujte nás na sociálních sítích: