Кандидат технических наук, доцент кафедры «Управление качеством»
344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Quality Management”
Rostov-on-Don
Доктор технических наук, профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Physical and Applied Material Science”
Rostov-on-Don
Аспирант кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
344010, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Postgraduate of the Chair “Physical and Applied Material Science”
Rostov-on-Don
Борирование является распространенным способом химико-термической обработки стальных изделий, увеличивает их твердость и износостойкость, но повышает хрупкость поверхности, имеет большую длительность и трудоемкость. Для улучшения свойств применяют комбинированное покрытие бором и ванадием, а для снижения продолжительности процесса диффузионного насыщения возможно использование микродугового поверхностного легирования. Это позволяет интенсифицировать диффузию легирующих элементов за счет формирования у поверхности стального изделия зоны газового разряда. Целью работы было исследование структуры, фазового состава, механических свойств и износостойкости стали после борованадирования. В процессе экспериментов использовали обмазку, содержащую порошки карбида бора B4C и феррованадия FeV80, которую наносили на поверхность стального образца. При борованадировании стали формируется поверхностный слой толщиной 150 – 190 мкм, имеющий основу микротвердостью 7,8 – 8,3 ГПа, в которой расположены светло-серые зернистые включения и участки эвтектики микротвердостью 13,5 – 14,0 ГПа. Далее расположен науглероженный слой эвтектоидной концентрации, переходящий в исходную феррито-перлитную структуру. Определено содержание легирующих элементов в характерных точках поверхностного слоя, которое подтвердило повышенное содержание углерода, ванадия и бора в основе слоя, участках эвтектики и карбидной фазе. Рентгеновским фазовым анализом установлено наличие в поверхностном слое стали боридов железа FeB и Fe2B, боридов ванадия VB2 и V2B3 и карбида ванадия VC0,88 . Механические свойства покрытий изучали методом микроиндентирования его поперечного сечения с регистрацией и анализом диаграммы деформации при нагружении и последующей разгрузке индентора. Твердость при индентировании в основе слоя увеличилась до 7,95 ГПа, в дисперсных включениях – до 13,90 ГПа. Модуль упругости при индентировании в основе и включениях составляет 238 и 340 ГПа соответственно. Ползучесть и доля пластической составляющей при микроиндентировании с ростом твердости закономерно снижаются. Мелкодисперсные включения боридов железа, боридов и карбидов ванадия значительно увеличивают износостойкость стали. Износостойкость при трении о закрепленные абразивные частицы возросла в четыре раза по сравнению с исходным состоянием.
Boriding is a common method of thermo-chemical treatment of steel products. It increases their hardness and wear resistance, but also increases the surface fragility, has a long duration and high labor intensity. The combined coating with boron and vanadium is used to improve the properties, and it is possible to apply microarc surface alloying to reduce the duration of the diffusion saturation process. This makes it possible to intensify the diffusion of alloying elements by forming a gas discharge zone at the surface of the steel product. The aim of this work was to study the structure, phase composition, mechanical properties and wear resistance of steel after boriding and vanadation. During the experiments, a lubricant containing boron carbide powders B4C and ferrovanadium FeV80 were used, which was applied to the surface of the steel sample. During boriding and vanadation of steel a surface layer with a thickness of 150 – 190 μm is formed. It has a base with microhardness of 7.8 – 8.3 GPa and light grey granular inclusions and eutectic areas with microhardness of 13.5 – 14.0 GPa. Further there is a carbonized layer of eutectoid concentration, passing into the original ferrite-perlite structure. The content of alloying elements in the characteristic points of the surface layer was determined, which confirmed the increased content of carbon, vanadium and boron in the base layer, areas of eutectic and carbide phase. X-ray phase analysis revealed the presence of iron borides FeB and Fe2B, vanadium borides VB2 and V2B3 and vanadium carbide VC0.88 in the surface layer. Mechanical properties of coatings were studied by microindentation of its cross-section with registration and analysis of deformation diagram under loading and subsequent unloading of the indenter. Hardness at indentation in the base layer increased to 7.95 GPa, in dispersed inclusions – to 13.90 GPa. The modulus of elasticity for indentation in the base and inclusions is 238 MPa and 340 MPa, respectively. Creep and proportion of the plastic component in microindentation is naturally reduced with increase in hardness. Fine inclusions of iron borides, vanadium borides and carbides significantly increase the steel wear resistance. It has increased in 4 times during friction against the fixed abrasive particles in comparison with the initial state.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.