Лоскутова Т.В., Хижняк В.Г., Дудка О.І., Погребова І.С., Бобіна М.М., Дегула А.І.

НТУУ»КПІ», Київ

Жаростійкість покриттів на основі карбіду титану.

Дифузійні покриття на основі карбідів перехідних металів незважаючи на високу твердість і зносостійкість в процесі експлуатації, досить швидко виходять із ладу. Це пов’язано з тим, що раціональна товщина карбідних покриттів на сталях не перевищує 15,0-20,0 мкм і при наявності підвищених контактних, ударних, знакозмінних навантажень, покриття можуть продавлюватись та в подальшому сколиваються з поверхні виробів [1]. Для усування можливості продавлювання карбідних покриттів в процесі експлуатації вироби після ХТО необхідно піддавати термічній обробці для зміцнення основи (гартуванню і відпуску). В результаті такій обробки безпосередньо під покриттям виникає підшар з  мартенситною структурою, який запобігає продавленню  дифузійного шару, забезпечуючи підвищення довговічності виробів. Температури нагрівання під гартування вуглецевих сталей лежать в інтервалі температур 1000-1180 К. Враховуючи, що   технологічно найпростішим є нагрівання під гартування в повітряній атмосфері, можливість проведення цієї операції при обробці сталей з покриттями без пошкодження останніх, представляє практичний інтерес[3].

Покриття на основі карбіду титану наносили в спеціальній установці, розробленій на кафедрі металознавства і термічної обробки НТУУ «КПІ»[1]. Процес проводили в замкнутому реакційному просторі, при зниженому тиску активної газової фази – 10⁴ Па, при температурі процесу 1323 К впродовж 4 годин. Як вихідні  реагенти для нанесення покриттів використовували порошок титану технічної чистоти , СС1₄ і графіт. Насиченню піддавали зразки з вуглецевої сталі  У8А.

Отримані покриття виявляються в вигляді світлої полоси з чітко вираженою межею розділу покриття-основа. Рентгеноструктурним аналізом встановлено, що на поверхні зразків формується карбід титану ТіС. Товщина покриття складає 15,0-17,0мкм, мікротвердість - 36,0-38,0 ГПа.

Результати, які  отримані при дослідженні жаростійкості сталі У8А з покриттями після титанування  показали, що на диференціальних термічних кривих зміни вмісту тепла протягом часу спостерігається  два спади при температурах 915 К і 1188 К. Перший відповідає поліморфному перетворенню ТіО₂ (α-анатаз) → ТіО₂ (β-анатаз), другий - ТіО₂ (β-анатаз) → ТіО₂ (рутил), та супроводжуються поглинанням тепла [2].  На кривих зміни маси та швидкості зміни маси сталі У8А після титанування при температурі 993 К починається інтенсивний приріст маси, що вказує на його  окиснення.   Приріст маси після окислення до температури 1273 К протягом однієї години  складає 0,023973 г/м².  Рентгеноструктурний аналіз окислених зразків після титанування показав, що на поверхні  утворилися оксиди титану ТіО₂ та заліза Fe₂O₃.

Оскільки температура нагріву при гартуванні сталі У8А перевищує задані температури окислення, то для збереження захисного покриття необхідно застосовувати захисні атмосфери. Найбільш простим способом захисту від окислення є застосування засипок, нами [3] розроблений склад герметизуючого порошку, який містить у % по масі: (20...50)% порошку оксиду алюмінію Al₂O₃ і (50...80)% порошку карбіду кремнію SiC. Встановлено, що, якщо товщина засипки розробленого складу буде не менша 20×10^{-3 м, то вона надійно захистить від окислення поверхню сталей і покриттів при нагріві.}

Література

1..Лоскутов В.Ф., Хижняк В.Г., Погребова І.С., Р.М.Горбатюк, І.П.Бочар Карбідні покриття на сталях і твердих сплавах Тернопіль. – Лілея, 1998. – 144 с.

2. Самсонов Г.В., Борисова А.Л., Жидкова Т.Г. и др. Физико-химические свойства окислов.-М.:Металургия, 1978.-472 с

1. Чернега С.М., Лоскутов В.Ф., Лоскутова Т.В., Єгорова О.М., Дяченко О.А., Янцевич К.В. Спосіб герметизації контейнерів при хіміко-термічній обробці металевих виробів. Деклараційний патент України на винахід №54844 А від 17.03.2003. Бюлетень №3.