Заблоцкий В. К., Дьяченко Ю. Г.

Донбасская государственная машиностроительная академия

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ

БОРОХРОМОАЛИТИРОВАНИИ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

В ПОРОШКОВЫХ СМЕСЯХ

Комплексные покрытия бором, хромом и алюминием на поверхности изделий из углеродистых сталей являются перспективными для применения в промышленности [1]. Абразивная износостойкость борохромоалитированных изделий в значительной степени зависит от структурного состояния поверхностного слоя, полученного после комплексного насыщения сталей бором, хромом и алюминием [2]. На формирование структуры указанных слоев влияют состав стали и температурно-временные параметры процесса борохромоалитирования. Структуры поверхностных слоев после одновременного насыщения бором, хромом и алюминием при разных температурах и выдержках в литературе мало изучены.

Целью работы является изучение структуры стали 10 и цементованной стали Ст 3сп после борохромоалитирования в порошковых смесях, содержащих 25% В₄С, 25%Cr₃C₂, 43% Al₂O₃, 7% Na₃AlF₆ и 40% В₄С, 10% FeCr, 43% Al₂O₃ и 7% Na₃AlF₆ при температурах 750…1000°С через каждые 50°С в контейнерах с плавким затвором с выдержкой 5 часов, которые после завершения процесса охлаждались с печью. Структуру слоя исследовали с помощью металлографического микроскопа МИМ – 8. Применяли химическое травление микрошлифов в 4% растворе азотной кислоты в этиловом спирте и тепловое травление.

Микроструктура стали Ст 3сп подвергнутая цементации с последующим борохромоалитированием в смесях содержащих 25% В₄С, 25%Cr₃C₂, 43% Al₂O₃, 7% Na₃AlF₆ и 40% В₄С, 10% FeCr, 43% Al₂O₃ и 7% Na₃AlF₆ представляет собой сплошные бориды желтого цвета, расположенные на поверхности, которые сужаются в направлении к основному металлу, образуя крупные иглы. На границе перехода боридов и основного металла располагаются карбобориды, имеющие коричневую окраску, форма которых во многих случаях повторяет крупноигольчатую и овальную форму боридов (рис. 1). Природа возникновения карбоборидов вероятно связана с тем, что по мере роста боридов в цементованной стали аустенит обогащается углеродом, в результате чего при последующем охлаждении на поверхности боридов выделяются цементитные частицы, содержащие бор, которые в литературе называется карбоборидами.

а	б

Рис. 1. Микроструктура стали Ст 3сп после цементации с последующим борохромоалитированием при температуре 1000⁰С. Состав смеси: а - 25% В₄С, 25% Cr₃C₂, 43% Al₂O₃, 7% Na₃AlF₆; б - 40% В₄С, 10% FeCr, 43% Al₂O₃ и 7% Na₃AlF₆

Микроструктура стали 10 после борохромоалитирования в смесях, содержащих 25% В₄С, 25% Cr₃C₂, 43% Al₂O₃, 7% Na₃AlF₆ и 40% В₄С, 10% FeCr, 43% Al₂O₃ и 7% Na₃AlF₆ представляет собой твердый раствор бора, хрома и алюминия в железе, имеющий красно - оранжевый цвет, который сверху вниз пронизывают бориды игольчатой формы, проникая в основной металл (рис. 2).

Общий анализ борохромоалитированных слоев стали 10 и цементованной стали Ст 3сп после насыщения в обеих смесях при разных температурах позволяет сделать вывод, что в цементованной стали удается получить более плотные слои, чем в малоуглеродистой стали. Равномерная плотность слоя по глубине, полученная при борохромоалитировании цементованной стали, должна способствовать большей и равномерной абразивной износостойкости за период эксплуатации изделий.

а	б

Рис. 2. Микроструктура стали 10 после борохромоалитирования при температуре 1000⁰С. Состав смеси: а - 25% В₄С, 25% Cr₃C₂, 43% Al₂O₃,

7% Na₃AlF₆; б - 40% В₄С, 10% FeCr, 43% Al₂O₃ и 7% Na₃AlF₆.

Абразивная износостойкость стали 10 после борохромоалитирования должна быть неодинаковой за период эксплуатации изделий. В начальный момент, когда слой плотный, она должна быть высокой, а затем по мере уменьшения количества абразивных частиц за счет перехода слоя в игольчатую структуру должна снижаться.

Таким образом, для изготовления изделий повышенной износостойкости целесообразно применять сталь Ст 3сп, подвергая ее цементации, а затем – борохромоалитированию.

Литература

1. Заблоцкий В. К., Дьяченко Ю. Г. Износостойкие покрытия на поверхности режущего инструмента при насыщении В, Cr и Al // Надежность инструмента и оптимизация технологических систем. Сборник научных трудов. – Краматорск – Киев: ДГМА, вып. № 16, 2004. с. 66-70.

2. Заблоцкий В. К., Дьяченко Ю. Г. Особенности абразивного износа комплексных В – Cr – Al покрытий на углеродистых сталях. // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – Х., 2006. – №4.-С. 59-62.