По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 669.058:546.27

Комплексные металлофизические исследования конструкционных сталей после двухкомпонентного диффузионного упрочнения на основе бора

Рощупкин В. М. канд. техн. наук, доцент, Воронежский государственный технический университет, Воронеж
Скрипкина Ю. В. канд. техн. наук, доцент, Юго-Западный государственный университет, Курск
Гадалов В. Н. д-р техн. наук, профессор, Юго-Западный государственный университет, Курск
Губанов О. М. канд. техн. наук, доцент, руководитель проектов по разработке новых видов продукции, Группа компаний НЛМК, ПАО «Новолипецкий металлургический комбинат», Липецк

Представлены исследования структуры, фазового состава и микротвердости сталей 45; 40×13 и 25…30 ХГТ при упрочнении в смесях, содержащих бор; бор и кремний, а также бор, кремний и алюминий. Борирование проводилось при температуре 890 °С в течение 3 ч. Исследование показало, что в результате борирования толщина слоя больше, чем в случае боросилицирования и бороалюмосилицирования, однако иглы боридных фаз острее. Получая отличающиеся по структуре диффузионные слои с различным соотношением фаз FeB, Fe₂ B, Fe₃ Si можно в значительной степени влиять на сопротивление хрупкому разрушению поверхностных слоев деталей, эксплуатирующихся в реальных условиях в парах трения при периодических или постоянных ударных воздействиях. Так если процесс изнашивания протекает без когда-либо проявляющихся динамических воздействий, то можно рекомендовать к применению процесс борирования — как для мелкогабаритных деталей ХТО в порошковых смесях с использованием негерметизируемых контейнеров, так и крупногабаритных деталей — в обмазках, которые наносятся только на изнашивающиеся поверхности деталей. Если изнашивание протекает в условиях сравнительно невысокого уровня периодически проявляющихся ударных воздействий, можно использовать процесс боросилицирования при 800…900 °С.

Литература:

1. Гадалов В.Н. Диффузионные боридные покрытия на железе, сталях и сплавах (с альбомом фотографий) [Текст] / В.Н. Гадалов, А. С. Борсяков, В. Г. Сальников [и др.] // Монография. Москва: Курс, 2012. — 146 с. — (Наука).

2. Ситкевич М.В. Совместные процессы химико-термической обработки с использованием обмазок [Текст] / М.В. Ситкевич, Е.И. Бельский // Минск: Высш. школа,1987. — 121 с.

3. Ситкевич М. В. Использование двухкомпонентного диффузионного упрочнения с участием бора и кремния для повышения свойств сталей [Текст] / М. В. Ситкевич, Н. Н. Кузьменко // Материалы 5‑й межд. НТК «Наука — образованию, производству, экономике». — Минск: БНТУ, 2007. — 145 с.

4. Ситкевич М. В. Структура и свойства поверхностных слоев зубчатых передач, упрочненных комплексным борированием [Текст] / М. В. Ситкевич, М.Н. Пищов, С. Е. Бельский // Технология ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки. Материалы 10‑й межд. НПК (15–18 апр. 2008 г.). — Санкт-Петербург: Изд-во политехнического университета, 2008. — 4.2. — С. 346–353.

5. Гадалов В.Н. Изучение диффузионных покрытий на сталях при лантаноборировании [Текст] / В.Н. Гадалов, А. С. Борсяков, Е. В. Чернышова // Материалы и упрочняющие технологии. — 2009. — Курск: КГТУ. — 4.2. — С. 53–56.

6. Григоров П.К. Методика определения хрупкости борированного слоя [Текст] / П.К. Григоров, А.И. Катханов // Повышение надежности и долговечности деталей машин. — Ростов на Дону, 1972. — Вып. 16. — С. 97–98.

7. Гадалов В. Н. Химико-термическая и электрофизическая обработка сплавов и покрытий [Текст] / В.Н. Гадалов, В. Р. Петренко, А. В. Ляхов // Москва: АРГАМАК-МЕДИА, 2017. — 388 с.

8. Гадалов В. Н. Перспективные процессы химико-термической обработки конструкционных сталей [Текст] / В.Н. Гадалов, И.А. Макарова, А. Е. Гвоздев // Известия ТулГУ. Техн. науки. — 2018. — Вып. 12. — С. 567–575.

9. Гадалов В.Н. Диффузионное борирование доэвтектоидных инструментальных сталей. Технологии, структуры, фазовые составы и свойства материалов [Текст] / В.Н. Гадалов, С. Г. Емельянов, И. А. Макарова // Вестник машиностроения. — 2018. — №6. — С. 60–66.

10. Гадалов В.Н. Вопросы технологии: повышение работоспособности специальных деталей борированием [Текст] / В.Н. Гадалов, А. В. Филонович, В. М. Рощупкин // Главный механик. — Москва: Панорама, 2020. — № 4 (200). — С. 8–21.

11. Гадалов В.Н. Материаловедение и металловедение сварки: учебник / В.Н. Гадалов, В. Р. Петренко, С. В. Сафонов и др. — Москва, Вологда: Инфра-Инженерия,2021. — 308 с.

Известно, что упрочненные слои, полученные с использованием традиционного борирования, обладая высокой твердостью, являются достаточно хрупкими. Для устранения этого недостатка часть образцов одновременно с борированием подвергалась комплексному боридному упрочнению, когда наряду с бором в поверхностные слои диффундируют атомы других элементов, обеспечивающих за счет изменения структурного состояния повышенное сопротивление хрупкому разрушению. Особенно в этом плане эффективно использование борирующих сред, в которых присутствуют компоненты, обеспечивающие наряду с бором диффузию кремния и других элементов — процессы боросилицирования и бороалюмосилицирования [1–12], а также лантаноборирования [5].

Для диффузионного упрочнения применялись порошковые смеси, позволяющие проводить боридное упрочнение в воздушной среде без использования дополнительного защитного оборудования. При этом в случае упрочнения мелкогабаритных деталей или исследуемых образцов порошковая смесь засыпается в негерметизируемый контейнер с насыщаемыми образцами и выдерживается в электропечи с воздушной атмосферой при заданной температуре с последующим охлаждением на воздухе. В случае крупногабаритных деталей на основе порошковой смеси после введения в нее воды приготавливается обмазка, которая наносится только на рабочие части образца или детали, после чего проводится ХТО, которую можно совмещать с процессом нагрева под закалку [2].

Изменение структурного состояния цианированных, лантаноборированных, боросилицированных и других слоев по сравнению с борированными очень заметно сказывается на их микрохрупкости. Определение микрохрупкости диффузионных слоев проводилось с использованием прибора ПМТ-3. Микрохрупкость оценивалась по напряжению скола (σ) диффузионно упрочненной поверхности (чем ниже напряжение скола, тем выше хрупкость), которое зависит от l (минимальное расстояние от центра отпечатка алмазной пирамиды до края образца при нагрузке Р) [6]:

где: с — длина диагонали отпечатка алмазной пирамиды.

Для Цитирования:
Рощупкин В. М., Скрипкина Ю. В., Гадалов В. Н., Губанов О. М., Комплексные металлофизические исследования конструкционных сталей после двухкомпонентного диффузионного упрочнения на основе бора. Современные методы технической диагностики и неразрушающего контроля деталей и узлов. 2021;5.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: