Borování
Difuze boru vytvářející boridovou vrstvu s tvrdostí nad 1500 HV.
- Účel
- Extrémní odolnost proti abrazivnímu opotřebení.
- Typické použití
- Lisovací nástroje, šneky, díly v abrazivním prostředí.
- Vhodné materiály
- Oceli, nástrojové oceli, litina.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Borování (boridace) je chemicko-tepelné zpracování, při kterém difuze boru do oceli vytváří mimořádně tvrdou boridovou vrstvu (FeB, Fe₂B) s tvrdostí 1 400–2 000 HV – nejvyšší ze všech difuzních úprav. Je určeno pro extrémní abrazivní a erozní opotřebení.
Nejčastěji se používá solná lázeň (směsi boritanu sodného a železné soli) nebo prášková difuze („pack boriding“) při 850–1050 °C po dobu 2–10 h. Difuze boru je velmi pomalá (~0,02 mm/h), proto jsou vrstvy tenké (20–100 µm, výjimečně do 500 µm). Vzniká dvouvrstvá struktura: vnější velmi tvrdá, ale křehká vrstva FeB a pod ní houževnatější Fe₂B (~1 200–1 600 HV). Proces se ukončuje ochlazením vzduchem pro minimalizaci deformací.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 850–1050 °C (optimálně 850–950 °C)
- Doba: 2–10 h (napr. 4–6 h ≈ 50 µm vrstva)
- Tloušťka vrstvy: 20–100 µm, zřídka do 500 µm
- Tvrdost vrstvy: 1 400–2 000 HV
- Médium: soli boru (Na₂B₄O₇ + Fe rozklad) nebo prášek B s aktivátorem
Typické aplikace
- Součásti lisů, tažné nástroje a díly pro zpracování dřeva a kovu
- Kliky, kladiva a součásti čerpadel
- Díly v těžebním a dřevozpracujícím průmyslu – náhrada nitridace při extrémním namáhání otěrem
Výhody
- Extrémní tvrdost – nejvyšší ze všech difuzních úprav
- Vynikající odolnost proti abrazivnímu a eroznímu opotřebení
- Nízký součinitel tření – odolnost proti adheznímu svařování (cold welding)
- Vysoká tepelná stálost – tvrdost se zachovává až do ~600 °C
Omezení a rizika
- Křehkost vrstvy – zóna FeB může praskat a odlupovat se
- Velmi tenká vrstva (desítky µm) při dlouhých procesních časech
- Nevhodné pro oceli s vysokým obsahem Si a Al (brání difuzi boru)
- Následná mechanická úprava (obroušení) může vrstvu poškodit
Kontrola kvality
- Metalografické měření tloušťky vrstvy na výbrusu
- Měření profilu mikrotvrdosti (HK0,2) – očekávaný rozsah 1 400–1 900 HV
- Mikroskopická kontrola poměru fází FeB/Fe₂B
- Zkoušky odolnosti proti otěru (Taberův test)
Bezpečnost a životní prostředí
Boritany a prášky boru dráždí oči a kůži – při manipulaci s práškem jsou nutné respirátory a ochranné pomůcky. Solné lázně obsahují toxické soli boru (případně kyanidové či fluoridové složky), které po použití tvoří nebezpečný odpad. Je nutné udržovat recirkulaci lázně a eliminovat emise prachu.
Doporučení pro návrh procesu
- Optimalizovat proces tak, aby vznikala především fáze Fe₂B – lepší houževnatost
- Pro vyšší tvrdost zvyšovat raději teplotu než prodlužovat čas (difuze roste exponenciálně s T)
- Po procesu zvážit odstranění křehké vrstvy FeB mechanicky nebo leptáním – zůstane hladší povrch Fe₂B
- Testovat parametry postupně na vzorcích; vytvoření vrstvy o tloušťce 70 µm může trvat přes 5 hodin
Související normy
- DIN 8985 — boridace
- ASTM C1670 — boridované povrchy