В настоящей работе проведены комплексные исследования структуры и свойств образцов из стали Ст3 после процессов совместного насыщения бором и другими элементами (никель, вольфрам) из насыщающей обмазки на основе карбида бора.
В качестве добавок использовались как соединения данных элементов (оксиды, карбиды, бориды), так и чистые металлы.
При введении в смесь для борирования вольфрама, либо его соединений (карбидов или оксидов) структура диффузионного слоя по сравнению с борированием изменяется: боридные иглы становятся толще и по большей части закругляются. Часть игл при этом начинает расти под углом к поверхности образца, по границам бывших зерен. Количество высокобористой фазы незначительно возрастает, так как вольфрам способствует ее образованию. Наряду с этим добавка вольфрама в насыщающую смесь увеличивает хрупкость низкобористой фазы Fe2B. Усредненная толщина образующегося боридного слоя в случае боровольфрамирования составляет порядка 20 мкм, что 3-3,5 раза меньше, чем при однокомпонентном борировании [1, 2]. Существенные изменения в случае боровольфрамирования с применением в качестве инертной добавки углерода претерпевают переходная зона и сердцевина образца. Исчезает видманштеттова структура, количество перлита увеличено по сравнению с количеством, характерным для равновесной структуры этой стали.
Диффузионный слой, полученный на стали Ст3, где в качестве добавки к борирующей смеси использовался никель либо его соединения, наоборот, имеет вид тонких острых игл, при этом средняя толщина такого слоя составляет порядка 350 мкм, а максимальная толщина - достигает 450 мкм, что в 1,5 раза больше, чем максимальная толщина боридного слоя, полученного однокомпонентным борированием и примерно в 15-17 раз больше боровольфрамированного слоя. Несмотря на столь большую протяженность, бороникелевый слой достаточно пластичный и имеет несколько меньшую (в 1,1-1,15 раз) по сравнению с борированием микротвердость.
При испытаниях на износостойкость при абразивном износе при удельной нагрузке 40 МПа/мм2 оба покрытия на стали Ст3 показывают примерно одинаковый результат, при нагрузке выше 40 МПа/мм2 лучший результат показывает бороникелевое покрытие, за счет преобладающей толщины [3]. Характер износа бороникелевого покрытия - микровыкрашивание, аналогичный характер износа наблюдается при испытании боровольфрамового покрытия, однако в силу его более высокой хрупкости микротрещины формируются задолго до выкрашивания. При адгезионном износе лучший результат показало боровольфрамовое покрытие, очагов схватывания на нем обнаружено не было. Данный факт можно объяснить тем, что в месте контакта покрытия и контртела повышения температуры было достаточно для окисления покрытия и образовавшиеся окислы выступили в роли твердой смазки.
Также были проведены испытания боровольфрамового и бороникелевого покрытия на стали Ст3 на коррозионную стойкость. Стойкость обоих покрытий в 20% растворе NaCl оказалась одинаковой, следов коррозии не обнаружено при выдержке образцов в течение 3 суток. При замене раствора поваренной соли на 10% раствор NaOH на боровольфрамовом покрытии были обнаружены незначительные следы питтинговой коррозии, однако зафиксировать потерю массы не удалось, на бороникелевом покрытии следов коррозии не обнаружено. При испытании данных покрытий в 15% водных растворах кислородсодержащих минеральных кислот (H2SO4 и HNO3) наибольшую стойкость показало боровольфрамовое покрытие - потеря массы на нем составила в среднем в 1,5 раза меньше. Однако в растворе соляной кислоты наибольшую стойкость показало покрытие на основе бора и никеля - следов коррозии на нем не было обнаружено при изменении концентрации в пределах 3-15% [4].
Процессы многокомпонентного насыщения позволяют сформировать многофазную структуру поверхностного слоя, обладающего комплексом полезных свойств. Более того, химико-термической обработкой можно получать такое сочетание свойств упрочненного изделия, которое другими методами получить невозможно. В этом случае ХТО можно рассматривать не как определенную операцию изготовления детали, а как метод получения принципиально нового конструкционного материала. Многокомпонентное насыщение разными элементами дает возможность создавать многослойные композиционные материалы с уникальными свойствами.
Список литературы
- Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Мосоров В.И., Инхеев Б.С. Распределение атомов бора и углерода в диффузионном слое после борирования стали 08кп. Современные наукоёмкие технологии. - №5, 2006, С. 35-36.
- Иванов С.Г., Гурьев А.М., Кошелева Е.А., Бруль Т.А. Диффузионное насыщение сталей из насыщающих обмазок. Фундаментальные исследования - №4, 2007, С. 37-38.
- Иванов С.Г., Гурьев А.М., Кошелева Е.А., Власова О.А., Гурьев М.А. Исследование процессов диффузионного насыщения сталей из смесей на основе карбида бора. Современные наукоёмкие технологии - №3, 2008, С 55-56.
- Власова О.А., Иванов С.Г., Гурьев А.М., Кошелева Е.А., Чех С.А. Оптимизация многокомпонентной химико-термической обработки стали 30Х. Современные наукоёмкие технологии - №3, 2008, С. 54-55.
Библиографическая ссылка
С.Г. Иванов, М.А. Гурьев, А.Г. Иванов, А.М. Гурьев ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ОБМАЗКУ НА ПРОЦЕССЫ КОМПЛЕКСНОГО МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ДИФФУЗИОННОГО НАСЫЩЕНИЯ СТАЛИ // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 7. – С. 170-172;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=25089 (дата обращения: 21.11.2024).