д.т.н., профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Physical and Applied Material Science”
к.т.н., доцент кафедры «Управление качеством»
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Quality Management”
Для интенсификации поверхностного диффузионного насыщения стали используют высокоэнергетическое воздействие на поверхность обрабатываемого материала. Рассмотрен процесс микродуговой химико-термической обработки, при котором стальное изделие погружают в контейнер, заполняемый порошком каменного угля, и нагревают пропусканием электрического тока. При этом в порошковой среде образуются микроразряды, которые концентрируются вокруг обрабатываемого изделия и создают область газового разряда. Это приводит к нагреву поверхности изделия и прилегающей порошковой среды. В результате пиролиза угля в контейнере образуется углеродсодержащая газовая среда, которая дает возможность осуществлять цементацию стали. Кроме того, возможно формирование поверхностных покрытий карбидного типа за счет одновременной диффузии углерода и легирующего элемента. В качестве его источника используется электропроводная обмазка, содержащая порошок диффузанта. Изучена возможность формирования покрытия карбидного типа при диффузионном насыщении низкоуглеродистой стали ванадием. Использовали цилиндрические образцы из стали 20 диам. 12 и длиной 35 мм. В качестве источника диффузанта применяли порошок низкоуглеродистого феррованадия. Плотность тока на поверхности образцов составляла 0,53 А/см2 , температура возрастала от комнатной до 1250 °С. Для изучения структуры и фазового состава диффузионного слоя использовали оптическую микроскопию, растровый электронный микроскоп с системой энергодисперсионного микроанализа, рентгеновский фазовый анализ, атомно-силовую микроскопию, микродюрометрический анализ. После обработки в течение 3 мин обнаружено формирование диффузионного слоя толщиной 170 – 180 мкм. Основой диффузионного слоя является твердый раствор ванадия в α-железе с концентрацией ванадия 3 – 4 % (по массе) и соотношением количества атомов в элементарной ячейке 9:1, соответствующим α-Fe9 V, микротвердостью 8,0 – 9,0 ГПа. В основе слоя расположены множественные наноразмерные карбидные включения, а также карбиды типа VC0,863 размером до 10 мкм с концентрацией ванадия около 64 % (по массе) микротвердостью 21,65 – 25,75 ГПа, претерпевающих атомное упорядочение с образованием кубической сверхструктуры V8 C7 .
The high-energy impact on the material surface is used for the intensifi cation of surface diff usion saturation of steel. The article describes the process of microarc thermochemical treatment in which a steel product was immersed in a container fi lled with coal powder, and was heated by passing electric current. Microdischarges are formed in a powder environment. They are concentrated around the product and create a region of gas discharge. This leads to surface heating of the product and the surrounding powder environment. The pyrolysis of coal in a container formed a carbon-containing environment, which enables to carry out carburizing of steel. In addition, there is a possi bility of formation of carbide type surface due to the simultaneous diff usion of carbon and alloying element. Its source is a conductive coating containing the powder of diff usant. The authors have investigated the possibility of forming the coatings of carbide type by diff usion saturation of low carbon steel with vanadium. The cylindrical samples of steel 20 with a diameter of 12 mm and length 35 mm were used. The powder of low carbon ferrovanadium was used as the source of diff usant. The current density on the surface of the samples was 0.53 A/cm2 , the temperature was increased from ambient to 1250 °С. To study the structure and phase composition of the diff usion layer optical microscopy, scanning electron microscope with energy dispersive microanalysis system, X-ray phase analysis, atomic force microscopy, microhardness analysis were used. After treatment for 3 min it was detected the formation of the diff usion layer with thickness of 170 – 180 μm. The basis of the diff usion layer is a solid solution of vanadium in α-iron with a vanadium concentration of 3 – 4 wt. % and the ratio of the number of atoms in the unit cell is 9:1, corresponding to α-Fe9 V with microhardness of 8.0 – 9.0 GPa. The layer base comprises the multiple nanoscale carbide inclusions, as well as carbides of the VC0.863 type with the size up to 10 microns with vanadium concentration about 64 wt. % and microhardness of 21.65 – 25.75 GPa, undergoing the atomic ordering with the formation of the cubic V8 C7 superstructure.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.