Дмитрий Амирович Ишмаметов, аспирант кафедры «Материаловедение», Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; начальник лаборатории, Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (АО «Гиредмет»)
Россия, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5/1
Россия, 111141, Москва, Электродная ул., 2, стр. 1
Dmitrii A. Ishmametov, Postgraduate of the Chair “Materials Science”, Bauman Moscow State Technical University; Head of the Laboratory, Federal State Research and Design Institute of Rare Metal Industry
5/1 Baumanskaya 2-ya Str., Moscow 105005, Russian Federation
2, bld. 1 Ehlektrodnaya Str., Moscow 111141, Russian Federation
Алла Сергеевна Помельникова, д.т.н., профессор кафедры «Материаловедение»
Россия, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5/1
Alla S. Pomel’nikova, Dr. Sci. (Eng.), Prof. of the Chair “Materials Science”
5/1 Baumanskaya 2-ya Str., Moscow 105005, Russian Federation
Александр Львович Петелин, д.ф-м.н., профессор, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана; профессор кафедры физической химии, Национальный исследовательский технологический университет «МИСИС»
Россия, 105005, Москва, ул. 2-я Бауманская, 5/1
Россия, 119049, Москва, Ленинский пр., 4
Aleksandr L. Petelin, Dr. Sci. (Phys.–Math.), Prof., Bauman Moscow State Technical University; Prof. of the Chair of Physical Chemistry, National University of Science and Technology “MISIS”
5/1 Baumanskaya 2-ya Str., Moscow 105005, Russian Federation
4 Leninskii Ave., Moscow 119049, Russian Federation
Проведены металлографические исследования, показывающие, что применение добавок оксидов редкоземельных элементов (РЗЭ) при жидкостном безэлектролизном борировании приводит к увеличению глубины борированных слоев, причем данные добавки не взаимодействуют с материалом обрабатываемого изделия. Добавка оксидов лантана и иттрия увеличивает глубину борированного слоя на 30 – 40 %, добавка оксида скандия не влияет или приводит к снижению глубины борированного слоя. В данной работе проведен рентгенофазовый анализ сплавов для борирования с добавками оксидов РЗЭ. Показано, что при добавке оксида РЗЭ в расплаве образуется легкоплавкий борат РЗЭ (LaBO3 , YBO3 , ScBO3 ), который способствует зернограничной диффузии, что приводит к значительной интенсификации процессов борирования. Получены оценочные значения коэффициентов объемной и зернограничной диффузии. Добавка оксида иттрия увеличивает коэффициент объемной диффузии в стали ВКС-5 на 280 %. В стали Х12МФ добавка оксида лантана привела к увеличению коэффициента объемной диффузии на 83 %. На стали 40Х во всех исследуемых случаях увеличение коэффициента объемной диффузии не зафиксировано. Коэффициент зернограничной диффузии увеличился в сталях ВКС-5 и Х12МФ на 1000 % при добавке оксида лантана. Добавка оксида иттрия привела к увеличению коэффициенту зернограничной диффузии на 1000 % в стали ВКС-5, на 135 % в стали Х12МФ и на 87 % в стали 40Х. Добавка оксида скандия позволила увеличить коэффициент зернограничной диффузии на 160 % в стали ВКС-5. Значения коэффициентов диффузии по границам зерен, полученные путем модельных расчетов, хорошо согласуются с экспериментальными данными.
Metallographic studies showed that the use of rare-earth oxide (REO) additives during liquid electrolysis-free boriding increases the borated layers depth, with these additives not interacting with the treated product material. Addition of lanthanum and yttrium oxides increases the borated layer depth by 30 – 40 %, while addition of scandium oxide either has no effect or decreases the layer depth. X-ray phase analysis of boriding alloys with REO additives was conducted in this study. It was shown that REO additions to the melt result in formation of low-melting rare-earth borates (LaBO3 , YBO3 , ScBO3 ), which enhance grain boundary diffusion and significantly intensify the boriding process. Estimated values of bulk and grain boundary diffusion coefficients were obtained. The addition of yttrium oxide increased the bulk diffusion coefficient in VKS-5 steel by 280 %. In Kh12MF steel, addition of lanthanum oxide resulted in an 83 % increase in the bulk diffusion coefficient. For 40Kh steel, no increase in the bulk diffusion coefficient was recorded in any of the investigated cases. The grain boundary diffusion coefficient increased in VKS-5 and Kh12MF steels by 1000 % with addition of lanthanum oxide. Addition of yttrium oxide increased the grain boundary diffusion coefficient by 1000 % in VKS-5 steel, by 135 % in Kh12MF steel, and by 87 % in 40Kh steel. Addition of scandium oxide increased the grain boundary diffusion coefficient by 160 % in VKS-5 steel. The diffusion coefficient values at grain boundaries obtained through modeling calculations agree well with the experimental data.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.