Розмір шрифту: 

Відомо, що одним з найпоширеніших методів хіміко-термічної обробки щодо зміцнення деталей машин у промисловості є борування. При боруванні в поверхневому шарі сталі утворюються бориди заліза FeB та Fe2B, що мають високу твердість і зносостійкість, що дозволяє застосовувати борування для зміцнення деталей машин, технологічного оснащення та штампового інструменту [1]. Однак таке покриття має ряд недоліків, що обмежують поширення процесу – висока крихкість, низька жаро- і корозійна стійкість у природних та промислових середовищах. Для усунення недоліків, властивих однокомпонентним покриттям, застосовують насичення двома та більше елементами. Так борохромування (одночасне або послідовне насичення бором і хромом) застосовують для зниження крихкості та підвищення корозійної стійкості боридних покриттів. В результаті борохромування на поверхні сталі утворюються зносостійкі шари або на основі боридів заліза або на основі боридів хрому (Cr, Fe)2B і (Cr, Fe)B [1], які мають підвищену пластичність та корозійну стійкість у порівнянні з боридними.
Проте насичення сталей із сумішей, що містять порошки бору і хрому, не забезпечує одночасної відчутної дифузії в сталь обох елементів. У роботі [2] автори досліджували можливість отримання дифузійних шарів, що містять борид хрому, при одночасному насиченні бором і хромом шляхом введення фероалюмінію в насичувальну суміш, що складається з порошків хрому, аморфного бору, окислу алюмінію і хлористого амонію. При цьому, на думку авторів вказаної роботи, була отримана гетерофазна структура борохромоалітованих шарів, коли в твердому розчині на основі заліза спостерігаються дисперсні тверді вкраплення боридів і карбідів, внаслідок чого така будова шару є оптимальною з точки зору опору зносу. Було запропоновано в якості насичувальних сумішей використати суміші, що містять 20…25% хрому і 10…15% фероалюмінію, які забезпечують отримання в сталі дрібнодисперсної суміші карбідів і боридів в м'якій основі. При цьому за результатами рентгеноструктурного аналізу фазовий склад шару складається з (Fe, Cr)2 B на поверхні, глибше з (Cr, Fe)23C6, (Cr, Fe)7C3, в Feα і ланцюжки боридів Fe2B на межі з основним металом. Вуглецева сталь з дифузійним покриттям, отриманим з суміші оптимального складу, після випробування на знос показала в 1,5 рази вище зносостійкість борохромоалітованого шару в порівнянні з шаром після борування [2].
Перспективнішим є збільшення абразивної зносостійкості борохромоалітованого шару шляхом зменшення в насичувальній суміші FeAl і використання замість NH4Cl інших активаторів [3]. Проте цей процес вивчений недостатньо. Крім того, для розробки промислових технологій цього процесу з урахуванням достатньої глибини шару, потрібні знання по структуроутворенню в поверхневих шарах залежно від типу активатора як складової в порошкових сумішах, що ефективно впливає на глибину шару. Системні дані з цього питання в літературі відсутні.
Метою роботи є дослідження впливу типу активатора на структуроутворення при борохромоалітуванні низьковуглецевої сталі в порошкових сумішах. Насичення проводили в контейнерах з плавким затвором, температура процесу складала 1000 оС, витримка – 5 годин, охолодження контейнера – з піччю. Структуру шару досліджували за допомогою металографічного мікроскопа МІМ-8М і ПМТ-3. Застосовували теплове травлення і хімічне травлення мікрошліфів в 4% розчині азотної кислоти в етиловому спирті.
Після насичення в суміші (41% В4С, 3% FeAl, 6% Cr3C2, 43% Al2O3, 7% Na3AlF6) утворюється шар глибиною 0,15 мм. Теплове травлення дає можливість розглянути характерну будову усього шару. З поверхні розташовуються бориди типу FeB (Н100 16300 МПа) голчастої форми, які знаходяться в твердому розчині змінної мікротвердості від Н100 2770 МПа на поверхні до Н100 1970 МПа на межі з основним металом (Н100 1180 МПа). Твердий розчин має змінне забарвлення від світло-коричневого у поверхні до темно-коричневого на межі з основним металом. До зони твердого розчину примикає ланцюжок боридів Fe2B (Н100 16300 МПа). Звертає увагу той факт, що борид FeB має світліше забарвлення, особливо у поверхні, ніж борид Fe2B. Це може вказувати на те, що поверхневі бориди збагачені хромом, який зменшує їх окислюваність при тепловому травленні.
Після хімічного травлення шліфів в мікроструктурі твердих розчинів спостерігаються зерна стовпчастої форми, межі яких практично паралельні в напрямі від поверхні до центру зразків. У роботі [3] показано, що поява твердого розчину сприяє утворенню боридів Fe2B на межі між твердим розчином і основним металом. Дослідження цієї роботи показують, що ця залежність пов'язана не лише з твердим розчином, але і типом активатора. У присутності активатора NaCl з'являється мала кількість боридів Fe2B. Це, безумовно, повинно бути пов'язано зі взаємодією активатора із складом суміші. Крім того, дослідження показує, що у присутності активатора Na3AlF6, з'являється можливість отримання двох типів боридів FeB і Fe2B. Оскільки бориди голчастої форми FeB розташовуються в межах зерен твердого розчину, можна припустити, що вони є наслідком внутрішньої дифузії, а бориди Fe2B утворюються внаслідок міжзеренної дифузії.
Отримані дані характеризують вплив різних активаторів на формування структури поверхневих шарів при борохромоалітуванні. Використання NaCl в якості активатора при борохромоалітуванні менш ефективно, оскільки він знижує активність бору. Активатори NH4Cl і CaF2 зручно використати в тих випадках, коли властивості виробів формуються за рахунок внутрішньої зони боридів Fe2B. Активатор Na3AlF6 найприйнятніше використати при формуванні комбінованих поверхневих шарів.

Литература:
1. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник / Под ред. Л.С. Ляховича. – М.: Металлургия, 1981. – 422 с.
2. Косс Е.В. Борохромоалитирование стали 45 / Е. В. Косс И.М. Шевченко, И. И. Артющенко // Одесский политех-нический институт. – Одеса, 1988. – 11 с. – Рус. – Деп. в УкрНИИНТИ 12.09.88, № 2314 – Ук 88. – Реф. в: р. ж. Металлургия. – 1989. – № 1.
3. Заблоцкий В.К. Особенности абразивного износа комплексных В – Cr – Al покрытий на углеродистых сталях / В.К. Заблоцкий, Ю.Г. Дьяченко // Восточно-европейский журнал передовых технологий. – Харьков, 2006. – 4. – С. 59–62.
4. Заблоцкий В.К. Влияние активатора на формирование износостойких борохромированных покрытий на инструментальных углеродистых сталях / В.К. Заблоцкий, Ю.Г. Дьяченко // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Зб. наук. праць. Краматорськ, №19, 2006. – С.191–196.