Каждому владельцу аграрного бизнеса, будь то небольшое фермерское хозяйство или крупный агрохолдинг, не понаслышке известно как, порой, не вовремя выходит из строя почвообрабатывающая техника, и сколько времени занимает возвращение ей былого потенциала. Производители сельскохозяйственных агрегатов постоянно работают над усовершенствованием функционала агрегатов, улучшением их потребительских качеств. Одним из таких новшеств на международном рынке сельхозтехники стало использование уникальной технологии закалки стали, о которой пойдет речь далее. Борирование позволило в 2-3 раза увеличить прочность и износостойкость рабочих органов, что дает возможность аграриям тратить меньше времени и средств на техническое обслуживание оборудования.
Борирование рабочих органов сельскохозяйственного оборудования – современное решение для экономии времени и средств!
Борированная сталь обладает высокой теплостойкостью (+900-950 °С) и жаростойкостью (+800 °С), что выводит ее потребительские характеристики на принципиально новый уровень. Материал активно применяется для изготовления сельскохозяйственных и промышленных агрегатов. По уровню стойкости к износу борированная сталь несколько уступает одинаковому по твердости металлу с термодиффузионным покрытием хрома, но это не умаляет ее других характеристик и не препятствует доминированию на современном рынке сельхозтехники.
Среди ключевых
положительных качеств борсодержащей стали стоит отметить следующие:
· Высокая
прочность поверхностного слоя
Сталь, которая подвергается закалке с
применением технологии борирования, – стойкий к механическим воздействиям,
влаге, воздействию химических веществ, но при этом достаточно хрупкий материал.
Борирование позволяет упрочить комплектующие механизмов и рабочие органы
сельскохозяйственных агрегатов, которые подвергаются интенсивным нагрузкам,
предотвращает их абразивный износ.
· Стойкость
к коррозийным процессам
Борированная сталь проявляет достойную
устойчивость к образованию коррозии под воздействием водных растворов кислот
(кроме азотной). Стоит отметить, что наилучшим образом противостоять агрессивной
среде при одной толщине слоя металла способны именно однофазные боридные слои,
обладающие большей кислотостойкостью, чем те, что состоят из двух фаз. К
воздействию азотной кислоты боридные слои не устойчивы, но разрушение материала
происходит менее интенсивно, чем при столкновении с агрессивной средой изделий
из неборированного металла.
·
Теплостойкость
и жаростойкость
Борированная сталь – теплостойкий и жаростойкий материал, что, несомненно, является положительным моментом, который говорит в пользу применения инновационной технологии.
Особенности технологического процесса
Технология
борирования предполагает насыщение ионами бора поверхностного слоя металла, из
которого произведен рабочий орган, деталь или метизы. Существует два метода
получения борированных сталей:
·
Жидкостный
электролизный – активно применяется производителями сельхозтехники и стальных
изделий для других отраслей народного хозяйства.
· Газовый – прошел апробацию в специализированных лабораториях, является более эффективным, но пока не достаточно безопасным для внедрения в массовое производство.
Жидкостное элекролизное борирование
Метод предполагает
помещение обрабатываемой детали, которая выступает в качестве катода, и
специального стержня-анода в тигель с расплавленной бурой. Далее через анод
пропускают постоянный ток, таким образом происходит активизация процесса
электролиза. Оптимальной температурой, при которой ионизация поверхностного
слоя металла проходит наиболее эффективно, считается показатель 920-950 °С.
Под
действием тока происходит диссоциация с образованием атомов бора, которые диффундируют
в поверхностный слой металла. Чтобы получить диффузионный слой толщиной
0,15-0,35 мм важно соблюсти следующие технологические условия:
·
0,15-0,20
А/см2 – плотность тока на катоде;
·
2-14 В
– напряжение;
·
+930-950
°С – температура;
·
2-4
часа – время выдержки.
Увеличение
этих показателей обеспечивает незначительное увеличение борированного слоя
металла, но при этом приводит к возрастанию хрупкости. Повышение температуры
сокращает срок службы оборудования, увеличивает расход сырья, приводит к
ухудшению структуры металла. В то же время, при температуре, которая ниже
указанного в технических условиях промежутка, происходит замедление
диффузионного процесса и, как следствие, насыщение ионами бора поверхностного
слоя металла проходит менее активно.
Прежде
чем подвергать деталь борированию, ее поверхность очищают от ржавчины и окалины
посредством дробеструйной обработки. Чтобы очистить металл от масляных пятен,
деталь протирают ветошью, которую при наличии на поверхности сложновыводимых
загрязнений смачивают в бензине. Чтобы
защитить участки, которые нежелательно подвергать борированию, применяют
технологию электролитического хромирования или осуществляют гальваническое
омеднение.
Чтобы
растворить налипшую буру, после снижения температуры борируемой детали
металлические изделия кипятят в воде около 1-2 часов. Затем поверхность
тщательно прорабатывают металлической щеткой, и отправляют деталь на закалку.
Такое решение позволяет упрочить сердцевину, которая в первоначальном вязком
состоянии может привести к продавливанию борированного слоя.
Технология жидкостного электролизного борирования предполагает использование специальных печей-ванн, нагрев которых происходит под действием электрического или газового нагревательного элемента, и специальных держателей для фиксации обрабатываемых деталей.
Газовое борирование
Газовое
борирование предполагает совершенно иной подход к реализации технологии
насыщения поверхностного слоя металла ионами бора. Обработка деталей
осуществляется в активной газовой среде при более низком температурном режиме.
Для
эффективной реализации метода газового борирования важно обеспечить следующие
условия (для получения слоя толщиной 0,15 – 0,20 мм):
·
25:75
– процентное отношение диборана и водорода в газовой среде;
·
+850
°С – температура процесса;
·
3-4
часа – время выдержки.
Газовое борирование является более совершенной и эффективной технологией, но используемые газовые смеси взрывоопасны и достаточно токсичны, что, к сожалению, ограничивает возможность применения этого метода в условиях производственных объектов.
Тонкие места технологии борирования
Износостойкость борированной и азотированной стали обеспечивается благодаря высокой твердости и износостойкости боридов и нитридов. При этом технология имеет существенный недостаток – в процессе выдержки металл становится достаточно хрупким. Нивелировать этот фактор позволяет особый подход к конструированию деталей.
Стремление
многих производителей получить максимально твердую основу процессе
термообработки может привести к растрескиванию боридного слоя. Нежелательный
эффект напрямую связан с мартенситным превращением, которое сопровождается
нежелательным увеличением объемов. Предотвратить окисление боридного слоя
позволяет соблюдение в процессе борирования температурного режима,
установленного для стали той или иной марки. Температуру изотермической среды
для охлаждения металлических деталей выбирают в зависимости от заданной
твердости стали, что подвергается закалке. При создании таких условий изменение
размеров будет минимальным. Термообработка борированной стали также возможна по
технологии, которая предполагает ускоренное охлаждение (не требуется извлечение
деталей из контейнера, где проходил процесс борирования).
Наибольшую
стойкость к задиранию при прохождении испытаний на специализированном стенде
показала борированная сталь, оставив далеко позади образцы из армированной,
азотированной сталей и сплавов ЦН-2 и ЦН-3. Во время проведения опытов удалось
выявить взаимосвязь между удельным сопротивлением при сухом трении и
увеличением твердости.
В заключение всего
вышесказанного стоит отметить, что борирование углеродистых и легированных
сталей при неукоснительном соблюдении технологии позволяет добиться высокой
устойчивости материала к коррозии под воздействием растворов солей, кислот
(кроме азотной) и щелочей. Недостатком технологии является высокая хрупкость
металла, но реализация правильных конструктивных решений позволяет добиться
максимальной эффективности упрочения деталей посредством борирования.