Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Особенности формирования диффузионной зоны, полученной на стали 20 борированием в индукционной печи

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-98-105

Полный текст:

Аннотация

Приведены данные исследований синтеза боридов железа при индукционном нагреве до 1000 °C в течение 5 мин образцов стали 20 с обмазкой из шихты, содержащей Fe–H3BO3. Содержание борной кислоты в составе шихты менялось от 25 и до 75 % (по массе). Шихта в экспериментах могла быть разбавлена раствором в воде жидкого стекла с добавлением небольшого количества гидроксида аммония и угля. Исследование микротвердости поверхностного слоя показало, что в ходе насыщения бором поверхностного слоя углеродистой стали 20 формируется макроскопически обширная диффузионная зона размером 900 – 1000 мкм, в которой содержание боридов постепенно снижается при перемещении в глубь матрицы. Такой размер диффузионной зоны указывает на аномально высокий массоперенос в ходе борирования стали 20. Действительно, вычисленный коэффициент диффузии в ходе борирования в условиях индукционного воздействия (около 1,35·10–9 м2/с) на два порядка превышает коэффициент диффузии в классическом варианте борирования. Рентгеновские исследования показали, что в рассматриваемых условиях синтезируются бориды Fe2B и FeB, а также формируется твердый раствор бора в α­железе. Анализ фазового состава структурных составляющих диффузионной зоны свидетельствует, что от поверхности к матрице формирование боридных фаз осуществляется в последовательности FeB → Fe2B → (α-фаза + В) → металл основы. Микроструктура диффузионной зоны представляет собой более или менее выраженные слои, состоящие из боридных фаз FeB и Fe2B. В целом же, особенно глубоколежащие области диффузионной зоны представляют собой композиционный материал, состоящий из пластичной α-фазы и кристаллов боридов железа. Кристаллы в FeB и Fe2B в слое ориентированы преимущественно перпендикулярно к фронту диффузии. Возможно, это обусловлено быстрым преимущественным ростом боридной фазы в условиях высокой диффузионной подвижности атомов бора в каком-то одном направлении и затрудненной в других.

Об авторах

Е. П. Шевчук
Восточно-Казахстанский государственный университет имени Сарсена Аманжолова; Алтайский государственный университет
Казахстан

Евгения Петровна Шевчук, старший преподаватель кафедры физики; старший преподаватель кафедры общей и экспериментальной физики

070020, Восточно-Казахстанская обл., Усть-Каменогорск, ул. 30-й Гв. Дивизии, 34

656049, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 61



В. А. Плотников
Алтайский государственный университет
Россия

Владимир Александрович Плотников, д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой общей и экспериментальной физики

656049, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 61



С. В. Макаров
Алтайский государственный университет
Россия

Сергей Викторович Макаров, д.ф.-м.н., профессор, декан Института цифровых технологий, электроники и физики

656049, Алтайский край, Барнаул, пр. Ленина, 61



Список литературы

1. Bakare M.S., Voisey K.T., Chokethawai K., McCartney D.G. Corrosion behaviour of crystalline and amorphous forms of the glass forming alloy Fe43Cr16Mo16C15B10 // Journal of Alloys and Compounds. 2012. Vol. 527. P. 210–218. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2012.02.127

2. Medvedovski E. Advanced iron boride coatings to enhance corrosion resistance of steels in geothermal power generation // Advances in Applied Ceramics. 2020. Vol. 119. No. 8. P. 462–481. https://doi.org/10.1080/17436753.2020.1830359

3. Mebarek B., Keddam M. A fuzzy neural network approach for modeling the growth kinetics of FeB and Fe2B layers during the boronizing process // Matériaux & Techniques. 2018. Vol. 106. No. 6. Article 603. https://doi.org/10.1051/mattech/2019002

4. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико­термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.

5. Ворошнин Л.Г., Ляхович Л.С. Борирование стали. М.: Металлургия, 1978. 239 c.

6. Ворошнин Л.Г. Антикоррозионные диффузионные покрытия. Минск: Наука и техника, 1981. 296 с.

7. Nora R., Zine T.M., Abdelkader K., Youcef K., Ali O., Jiang X. Boriding and boronitrocarburising effects on hardness, wear and corrosion behavior of AISI 4130 steel // Matéria. 2019. Vol. 24. No. 1. https://doi.org/10.1590/s1517-707620190001.0609

8. Шевчук Е.П., Плотников В.А., Ахметжанов Б.К. Исследование боридных слоев стали 20 после химико­термической обработки в индукционной печи // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 3. С. 386–391. https://doi.org/10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.012

9. Шевчук Е.П., Плотников В.А., Бектасова Г.С. Рентгеноструктурный анализ диффузионного боридного слоя на углеродистой стали // Известия Алтайского государственного университета. 2018. № 4 (102). С. 51–55. https://doi.org/10.14258/izvasu(2018)4-09

10. Шевчук Е.П., Плотников В.А., Джес А.В. Формирование обширной диффузионной зоны при борировании стали 20 // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2018. Т. 15. № 3. С. 424–428. https://doi.org/10.25712/ASTU.1811-1416.2018.03.018

11. Mehrer H. Diffusion in Solids: Fundamentals, Methods, Materials, Diffusion­Controlled Processes. Springer Science & Business Media, 2007. 654 p.

12. Балгазин И.И., Саяпова В.В. Нахождение коэффициента диффузии методом Монте­Карло // Universum: Химия и биология. 2018. № 5 (47). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/ item/5801 (дата обращения: 09.02.2022).

13. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. М.: Высшая школа, 2000. 494 с.

14. Гурьев А.М., Лыгденов Б.Д., Гурьев М.А., Мэй Шунчи, Власова О.А. Борирование малоуглеродистой стали // Международный журнал экспериментального образования. 2015. № 12­4. С. 572–573.

15. Быкова Т.М. Влияние химического состава стали на структуру и свойства диффузионных боридных покрытий: дисс. … канд. техн. наук: 05.16.09: Екатеринбург, 2016. 164 с.

16. Krukovich M.G., Prusakov B.A., Sizov I.G. Plasticity of Boronized Layers. Berlin: Springer, 2016. https://doi.org/10.1007/978-3-319-40012-9

17. Epik A.P. Boride coatings. In book: Boron and Refractory Borides. Part. 4. Berlin; New York: Springer­Verlag, 1977. P. 597–612.

18. Крукович М.Г. Механизм формирования диффузионных слоев // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2012. № 15. С. 69–76.

19. Kouba R., Keddam M., Kulka M. Modelling of paste boriding process // Surface Engineering. 2015. Vol. 31. No. 8. P. 563–569. https://doi.org/10.1179/1743294414y.0000000357

20. Keddam M., Ortiz­Dominquez M., Elias­Espinosa V., Damián­Mejía O., Arenas­Flores A., Gómez­Vargas O.A., Abreu­Quijano M., Aldana­González I.J., Zuno­Silva J. Growth kinetics of the Fe2B coating on AISIH13 steel // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2015. Vol. 68. No. 3. P. 433–442. https://doi.org/10.1007/s12666-014-0472-x

21. Mebarek B., Keddam M. Fuzzy logic approach for modelling the formation kinetics of Fe 2B layer // International Journal of Computational Materials Science and Surface Engineering. 2020. Vol. 9. No. 2. P. 147–156. https://doi.org/10.1504/IJCMSSE.2020.109563

22. Лыгденов Б.Д. Интенсификация процессов формирования структуры диффузионного слоя при химико­термической обработке сталей: дисс. … док. техн. наук: 05.02.01. Барнаул, 2009. 354 с.

23. Екимов Е.А., Зибров И.П., Зотеев А.В. Получение микрокристаллов бора пиролизом декаборана В10Н14 при высоких давлениях и температурах // Неорганические материалы. 2011. Т. 47. № 11. С. 1311–1316.


Рецензия

Для цитирования:


Шевчук Е.П., Плотников В.А., Макаров С.В. Особенности формирования диффузионной зоны, полученной на стали 20 борированием в индукционной печи. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2022;65(2):98-105. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-98-105

For citation:


Shevchuk E.P., Plotnikov V.A., Makarov  S.V. Features of formation of diffusion zone obtained on steel 20 by boriding in induction furnace. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2022;65(2):98-105. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-98-105

Просмотров: 64


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)