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
Nezávazná poptávka