д.т.н., профессор кафедры «Физическое и прикладное материаловедение»
344010, Россия, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Physical and Applied Material Science”
Rostov-on-Don
к.т.н., доцент кафедры «Управление качеством»
344010, Россия, Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Cand. Sci. (Eng.), Assist. Professor of the Chair “Quality Management”
Rostov-on-Don
Интенсификация цементации и борирования стальных деталей достигается с помощью микродугового поверхностного легирования. Для цементации детали погружают в угольный порошок с последующим пропусканием электрического тока. Для одновременного борирования используется обмазка, содержащая диффузант. Ускорение диффузии достигается с помощью воздействия микродуговых разрядов на поверхность стали. Целью работы являлось исследование влияния параметров диффузии на толщину, структуру и фазовый состав покрытий. Образцы изготавливали из стали 20. Поверхностная плотность тока составляла 0,45 – 0,53 А/см2, продолжительность процесса 2 – 8 мин. В начале нагрева температура образцов возрастает, а затем стабилизируется на уровне 930 – 1250 °С из-за прекращения микродугообразования при выгорании угольных частиц. После цементации на поверхности образуется эвтектоидная смесь, далее расположена зона с феррито-перлитной структурой, переходящая в исходную структуру. Наибольшая толщина слоя (60 – 390 мкм) достигается через 6 – 7 мин нагрева и далее не увеличивается из-за снижения углеродного потенциала при выгорании угольных частиц. При борировании получена аналогичная зависимость: наибольшая толщина слоя (60 – 340 мкм) достигается через 6 – 7 мин и далее не увеличивается из-за истощения источника диффузанта в обмазке. При плотности тока 0,45 А/см2 слой состоит из основы (дисперсной феррито-карбидной смеси), в которой расположены мелкодисперсные включения боридов железа и карбида бора. При плотности тока 0,49 и 0,53 А/см2 слой имеет гетерогенную структуру, в основе расположены участки высокотвердой боридной эвтектики. При большой плотности тока диффузия углерода и бора по границам зерен образует тройную эвтектику Fe – C – B. При меньшей плотности тока температура поверхности ниже температуры образования эвтектики, поэтому гетерогенная структура покрытия не формируется. Полученные результаты позволяют выбирать режимы микродугового нагрева для получения требуемых параметров диффузионного слоя.
Intensification of carburizing and boriding of steel parts is achieved by microarc surface alloying. For carburizing, the parts are immersed in coal powder followed by electric current passing. For boriding, a coating with diffusant is used. Acceleration of diffusion is achieved by action of microarc discharges on the steel surface. The aim of this work was to study the effect of diffusion parameters on thickness, structure, and phase composition of coatings. The samples were made of 20 steel. Surface current density was 0.45 – 0.53 A/cm2. Duration of the process was 2 – 8 min. At the beginning of heating, temperature of the samples increases, and then stabilizes at 930 – 1250 °C due to cessation of micro-formation during combustion of coal particles. After carburizing, a eutectoid mixture is formed on the surface, then, the zone with ferrite-perlite structure is located, which transfers into the original structure. The maximum layer thickness (60 – 390 microns) is reached after 6 – 7 min of heating and then does not increase due to a decrease in the carbon potential during combustion of coal particles. Similar relationship is obtained when boriding: the maximum layer thickness (60 – 340 microns) is reached after 6 – 7 min and then does not increase due to depletion of diffusant source in the coating. At current density of 0.45 A/cm2, the layer consists of a base (a dispersed ferrite-carbide mixture) containing fine inclusions of iron borides and boron carbide. At current densities of 0.49 and 0.53 A/cm2, the layer has heterogeneous structure, with areas of high-hard boride eutectic located at the base. At high current density, diffusion of carbon and boron along the grain boundaries forms Fe – C – B triple eutectic. At lower current density, surface temperature is lower than eutectic formation temperature, so heterogeneous coating structure is not formed. The work results make it possible to choose modes of microarc heating to obtain the required parameters of diffusion layer.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.