ФОРМИРОВАНИЕ ПОКРЫТИЯ КАРБИДНОГО ТИПА ПРИ МИКРОДУГОВОМ ВАНАДИРОВАНИИ СТАЛИ

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 VC_0,863 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 .

1. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошин и др. – М.: Металлургия, 1981. – 424 с.

2. Диффузионные карбидные покрытия / В.Ф. Лоскутов, В.Г. Хижняк, Ю.А. Куницкий, М.В. Киндрачук. – Киев: Тэхника, 1991. – 168 с.

3. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки: учеб. пособие. – М.: Новое знание; Минск: Новое знание, 2010. – 304 с.

4. Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов / И.Н. Кидин, В.И. Андрюшечкин, В.А. Волков, А.С. Холин. – М.: Металлургия, 1978. – 320 с.

5. Справочник по электрохимическим и электрофизическим методам обработки / Под общ. ред. В.А. Волосатова. – Л.: Машиностроение, 1988. – 719 с.

6. Шатинский В.Ф., Нестеренко А.И. Защитные диффузионные покрытия. – Киев: Наукова думка, 1988. – 272 с.

7. Спиридонов Н.В., Кобяков О.С., Куприянов И.Л. Плазменные и лазерные методы упрочнения деталей машин. – Минск: Вышэйшая школа, 1988. – 155 с.

8. Суминов И.В., Белкин П.Н., Эпельфельд А.В. Плазменно-электролитическое модифицирование поверхности металлов и сплавов. В 2-х т. – М.: Техносфера, 2011. Т. 1. – 464 с.

9. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. – М.: Техносфера, 2012. – 464 c.

10. Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. – М.: Машиностроение, 2008. – 406 с.

11. Тюрин Ю.Н., Жадкевич М.Л. Плазменные упрочняющие техно-логии. – Киев: Наукова думка, 2008. – 216 с.

12. Домбровский Ю.М., Степанов М.С. Микродуговая цементация стальных изделий в порошковых средах // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. № 12. С. 25 – 29.

13. Степанов М.С., Домбровский Ю.М. Формирование карбидного покрытия при микродуговом хромировании стали // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 1. С. 35 – 38.

14. Степанов М.С., Домбровский Ю.М. Формирование карбидного покрытия при микродуговом молибденировании стали // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 10. С. 34 – 38.

15. Stepanov M.S., Dombrovskii Yu.M. Thermodynamic Analysis of Carbide Layer Formation in Steel with Microarc Saturation by Molybdenum // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. №. 2. Р. 79 – 82.

16. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений. Справ. издание / Под ред. Т.Я. Косолаповой. – М.: Металлургия, 1986. – 928 с.

17. Холлек Х. Двойные и тройные карбидные и нитридные системы переходных металлов: Справ. изд. / Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1988. – 319 с.

18. Курлов А.С., Гусев А.И. Микроструктура нанокристаллического нестехиометрического карбида ванадия VC0,875 // Физика твердого тела. 2013. Т. 55. Вып. 2. С. 385 – 391.

19. Гусев А.И. Нестехиометрия и сверхструктуры // Успехи физических наук. 2014. Т. 184. № 9. С. 905 – 945.

20. Ремпель А.А., Валеева А.А. Материалы и методы нанотехнологий. – Екатеринбург: Изд-во Уральского федерального университета, 2015. – 136 с.