СПОСОБ УПРОЧНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ СТАЛЬНОГО КОЛЕСА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА
METHOD OF SURFACE HARDENING OF STEEL WHEEL OF RAILWAY TRANSPORT

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для повышения эксплуатационных характеристик трущихся поверхностей колес железнодорожного транспорта и других целей.
Наиболее близким прототипом заявляемого изобретения является стальное изделие, на рабочую поверхность которого нанесен упрочняющий слой (борохромирующий состав) методом нагрева всего изделия и его насыщение (патент RU№2391439 С2).
Недостатком прототипа является то, что бор незначительно растворяется в железе и стали (0,1÷0,15%), а температура его плавления составляет 2000÷2500°С. Поэтому применение псевдоожиженных борсодержащих порошкообразных смесей в качестве обмазок не позволяет эффективно насыщать бором стальные поверхности, учитывая большие размеры частиц.
Кроме того, известный способ требует применения крупногабаритного оборудования.
Задачей настоящего изобретения является повышение эффективности проникновения борсодержащих компонентов - снижение температуры и времени насыщения стальной поверхности колеса и упрощение технологии процесса за счет использования обмазки, содержащей компоненты в виде гомогенизированной смеси до молекулярных размеров.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве борсодержащей обмазки на стальную поверхность наносят гомогенизированную смесь, состоящую из фенолформальдегидной смолы, имеющей коксовое число в отвержденном состоянии не менее 52% (А), борного ангидрида (Б) и карбонила железа (В) в соотношении А:Б:В от 90:8:2 до 50:40:10, с последующей двухстадийной термообработкой, причем на первой стадии осуществляют нагрев с помощью инфракрасной лампы до 200÷350°С в течение 2÷8 минут, а затем на второй стадии нагрев проводят воздействием газопламенной горелки в течение 10÷30 минут с обеспечением температуры обмазки 850÷1000°С.
Пример 1
Приготовление обмазки
В реактор с мешалкой загружают 200 масс. ч. Этилцеллозольва, после чего добавляют 48 масс. ч. борного ангидрида и перемешивают до полного растворения последнего. Далее, к раствору борного ангидрида добавляют 65 масс. ч. фенолформальдегидной смолы марки «Бакелит жидкий» (ГОСТ 4559-71) в пересчете на сухой продукт и 6 масс. ч. жидкого карбонила железа.
Смесь перемешивается в течение 10 минут при +20°С, после чего растворитель отгоняется в количестве 190 масс. ч. и улавливается. Оставшиеся 10 масс. ч. этилцеллозольва обеспечивают пастообразное состояние полученной обмазки, в которой все компоненты гомогенизированы до молекулярного состояния. Полученный состав затаривается и хранится в складских условиях не менее 1 месяца.
Осуществление процесса борирования
Готовую обмазку наносят слоем 1 мм на стальную поверхность, после чего, на первой стадии, прогревают воздействием инфракрасной лампы до 300°С в течение 5 минут, в результате чего фенолформальдегидная смола отверждается и частично коксуется. После этого для стального изделия с нанесенной обмазкой сразу (или после достаточно длительного перерыва) осуществляют вторую стадию, подвергая газопламенному воздействию и обеспечивая на поверхности температуру 900°С в течение 15 минут, при этом карбонил железа разлагается, образуя чрезвычайно активные частицы железа атомарных размеров, которые мгновенно реагируют с атомами бора, возникающими за счет реакции восстановления борного ангидрида с разлагающимся коксом, образуя бориды железа, легко проникающие в стальную поверхность, насыщая эту поверхность и повышая ее твердость до показателя НВ 350, что превышает твердость абразива.
Примеры 2÷4 осуществляют аналогично примеру 1, изменяя параметры в соответствии с таблицей 1.