Відомо, що хромуванню можна піддавати готові вироби, а також напівфабрикати (сляби) із заліза, вуглецевих, спеціальних сталей та сплавів на основі різних металів. Найдоцільніше застосувати дифузійне хромування для різальних інструментів з вуглецевих сталей. Завдяки високим властивостям, які набувають хромовані сталі, в деяких випадках можна виготовляти відповідальні деталі не з дорогих високолегованих спеціальних сплавів, а з вуглецевих сталей, піддаючи їх дифузійному хромуванню [1]. Проте необхідно вибрати оптимальний склад стали, просте і дешеве середовище, технологію термообробки з мінімальними енерговитратами. Тому метою цієї роботи є визначення впливу гартування та низькотемпературного відпуску на властивості поверхневого шару і особливості зміцнення основного металу на вуглецевій сталі з різним вмістом вуглецю, після дифузійній металізації.

Для дослідження вказаної залежності зразки із сталей 10, 45, У8, У13 піддавали дифузійному хромуванню в порошковій суміші, що складається з: 50% FeCr, 48% Al₂O₃ и 2% NH₄Cl при температурі 1000 ^оС з витримкою 5 годин. Після дифузійного хромування зразки нагрівали до 880 ^оС з витримкою 0,5 години, а потім гартували в мінеральної олії. Загартовані зразки піддавали низькому відпуску при 200 ^оС, 2 години, з подальшим охолодженням на повітрі.

Дослідження показали, що мікротвердість хромованого шару залежить від вмісту вуглецю в сталі. Підвищення вмісту вуглецю в сталі, веде до збільшення мікротвердості шару. Усередині зразків із сталей 10 і 45 безпосередньо біля шару карбідів не спостерігається зниження мікротвердості, пов'язане зі зневуглецюванням металу, як це зазначено в літературі [2]. Навпаки, спостерігається деяке перевищення мікротвердості в порівнянні з мікротвердістю серцевини металу.

Мікротвердість шару основного металу, прилеглого до дифузійного карбідного шару, після гартування значно вище мікротвердості в порівнянні із станом, безпосередньо після хромування (табл. 1). Така закономірність, безумовно, пов'язана з тим, що після хромування біля шару карбіду в структурі містилося більше вуглецю, ніж в основному металі, що дозволило цій структурі прийняти часткове або повне зміцнення після гартування. Ця частина досліджень показує, що навіть в низьковуглецевій сталі можна отримати в результаті хромування з подальшим гартуванням і низькотемпературним відпуском зміцнений шар достатньої товщини. Для інших сталей зміцнений шар має велику товщину, достатню для збереження високої стійкості шару проти сколов і зминання, що частіше має місце при недостатній твердості підшару.

Отримані результати дозволяють припустити наступний механізм формування структури поверхневого шару при дифузійному хромуванні. У початковий момент атоми хрому, адсорбуючись на поверхні сталі, взаємодіють з атомами вуглецю металу, утворюючи карбіди.

Таблиця 1 – Показники мікротвердості вуглецевих сталей 10, 45, У8 і У13 після дифузійної металізації

Відхід атомів вуглецю з прилеглої до карбідів частини металу прискорює дифузію вуглецю з глибинних шарів. Нові атоми вуглецю легко дифундують через шар карбідів, що утворилися, і виходять на протилежну поверхню карбідного шару, де взаємодіють з атомами хрому, що поступають з порошкової суміші, утворюючи нову порцію карбідів, які осідають вже на наявному шарі карбідів.

Необхідно також відмітити, що в дослідженні було виявлено вплив гартування на будову дифузійного шару карбідів. У сталі 10 шар зберігався суцільним, а в інших досліджених сталях місцями він розірваний. Це вказує на те, що збільшення об'єму металу в результаті гартування стали 10 було меншим чим в інших сталях, і тому не викликало руйнування суцільного шару карбідів.

Термічна обробка дифузійного шару, який утворюється в процесі дифузійного хромування на вуглецевих сталях 45, У8 і У13 трохи знижує твердість карбідного шару, і не перешкоджає гартуванню серцевини металу, що є сприятливим для покриттів, в порошкових сумішах яких є присутнім хром.

Література:

1. Заблоцкий В. К., Дьяченко Ю. Г. Влияние диффузионного хромирования на твердость и микроструктуру режущей кромки инструмента из углеродистых сталей. // Надійність інструменту та оптимізація технологічних систем. Краматорск, – 2005. – №17. – С. 241-245.

2. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. Справочник / Под ред. Л.С. Ляховича. – М.: Металлургия, 1981. – 422 с.