Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,757

ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПРИ ДИФФУЗИОННОМ НАСЫЩЕНИИ В ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ СОДЕРЖАЩЕЙ ФЕРРОСПЛАВЫ

Лыгденов Б.Д. 1, 2 Бутуханов В.А. 1 Мэй Шунчи 2 Цыдыпов Б.С. 1
1 ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»
2 Уханьский текстильный университет
1. Шматов А.А., Тенденция развития науки в области упрочнения инструментальных материалов/ Шматов А.А., Шоош Л., Зденек К. // Ползуновский альманах. – 2015. – № 2. – С. 5–16.
2. Самсонов Г.В. Физическое материаловедение карбидов / Г.В. Самсонов, Г.Ш. Упадхая, В.С. Нешпор. – Киев: Наук. думка, – 1974. – 456 с.
3. Новик Ф.С. Математические методы планирования экспериментов в металловедении Ф.С. Новик. – М.: МИСИС, – 1970.
4. Бутуханов В.А. Диффузионные карбидные покрытия на стали У8А / В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2016. – № 3 НГТУ. – С. 414–417.
5. Гурьев А.М. Распределение атомов бора и углерода в диффузионном слое после борирования стали 08КП / А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, В.И. Мосоров, Б.С. Инхеев // Современные наукоемкие технологии. – 2006. – № 5. – С. 35–36.
6. Лыгденов Б.Д. Термоциклирование. Структура и свойства / Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хараев, А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев. – Барнаул, – 2014.
7. Гурьев A.M. Интенсификация процессов химико-термической обработки металлов и сплавов / A.M. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова. // Фундаментальные исследования. – 2008. – № 8. – С. 10.
8. Гурьев М.А. Перспективные методы получения упрочняющих покрытий / М.А. Гурьев, Е.А. Кошелева, А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, О. Галаа. – Барнаул, – 2016.
9. Бутуханов В.А. Диффузионное упрочнение штамповой оснастки / В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов, Б.Ш. Цыреторов // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2014. – № 1. – С. 459–466.
10. Бутуханов В.А. Структура диффузионного покрытия B-CR-V / В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов, Н.Г. Бильтриков // Ползуновский альманах. – 2013. – № 2. – С. 8–10.
11. Бутуханов В.А. Диффузионное упрочнение сталей в насыщающей среде V+AL+B 4C / В.А. Бутуханов, Н.Г. Суханов, Б.Д. Лыгденов, О. Галаа // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2013. Т. 10. – № 1. – С. 146–148.

Выполнена оптимизация составов насыщающих смесей, содержащих ферросплавы по износостойкости при трении скольжения без смазки диффузионных карбидных слоев, полученных на стали У7 методом химико-термической обработки. Математическое моделирование позволило сократить число опытов и определить оптимальный состав двухкомпонентной смеси для обеспечения максимальной износостойкости. Проведены исследования структуры и свойств диффузионных слоев методами металлографического, дюрометрического и микрорентгеноспетрального анализов. Показано, что повышение уровня износостойкости обусловлено достижением твердости диффузионного слоя до значения 2500 HV и наличием карбидной фазы VC.

Для повышения износостойкости стальных изделий широкое применение нашли карбидные слои. Оптимизация по твердости и износостойкости процесса диффузионного насыщения высокоуглеродистой стали хромом, ванадием, марганцем на основе порошков оксидов соответствующих металлов выполнялась авторами работ [1, 4-6].

Цель настоящей работы состояла в исследовании структуры и свойств диффузионных слоев после насыщения в смесях с различным соотношением феррохрома и феррованадия.

Химико-термическую обработку осуществляли в контейнерах с плавким затвором при 1000 °С в течение 6 ч в муфельной электропечи.

Насыщающие смеси имели общий состав:

50 [m FeCr + n FeV] + 45 Аl2O3 + 5 NH4Cl,

где m и n – соотношения порошков феррохрома и феррованадия. Оксид алюминия предотвращал спекание частиц порошков и прилипание их к поверхности образцов, хлористый аммоний, разлагаясь и взаимодействуя с активными атомами насыщающих элементов, генерировал активную газовую среду.

Оптимизацию составов насыщающих смесей по износостойкости осуществляли методом симплекс-планирования по 5 экспериментальным опытам [2].

Испытания на износостойкость карбидных слоев в условиях трения скольжения без смазки по схеме «диск-плоскость» проводили на машине трения типа Амслера при нагрузке 500 Н и 300 об/мин в течение 30 минут. Показатель относительной износостойкости Ки рассчитывали по формуле:

but01.wmf,

где Δmэ – потеря массы эталона, мг; Δmи – потеря массы образца, мг.

Микроструктуру диффузионных слоев исследовали на оптическом микроскопе «Neophot-21». В связи с толщиной диффузионных слоев, не превышающей 20 мкм, для определения микротвердости изготавливали косые шлифы. Микротвердость определяли на приборе ПМТ-3М при нагрузке 0,5 Н. Рентгеноспектральный анализ проводили в Центре коллективного пользования «Прогресс» на растровом электронном микроскопе JSM-6510 LV JEOL с системой микроанализа INCA Energy 350.

Формирование карбидного слоя происходит вследствие 2-х одновременно протекающих процессов: транспортировки атомов насыщающих элементов к поверхности образца и диффузии атомов углерода из сердцевины к поверхности [3]. Таким образом, под карбидными слоями наблюдаются плохо травящиеся обезуглероженные зоны.

Анализ диаграмм состояния систем Fe-C-Me позволяет сделать вывод о том, что образующиеся переходные зоны представляют собой эвтектоид, состоящий из твердого раствора V, Cr в α-железе [7-11]. Микротвердость переходной зоны сразу за границей раздела со слоем на основе карбидов хрома и ванадия составляет 400 HV.

Эксплуатационные свойства карбидных слоев зависят не только от состава, а также от содержания и распределения углерода и легирующих элементов. Данные о распределении элементов по толщине слоев представляют интерес, т.к. позволяют делать выводы о процессах диффузии элементов в слое.

Для всех полученных слоев характерно, что на границе раздела карбидный слой – матрица насыщаемой стали концентрация карбидообразующего элемента резко снижается, плавно уменьшаясь по толщине переходной зоны.

Выводы

Проведены процессы диффузионного насыщения стали У7 в порошках ферросплавов при их различных соотношениях. С помощью метода симплекс-планирования выявлена область оптимальных составов порошковой среды с соотношением 24 – 25 % феррохрома и 75 – 76 % феррованадия, ХТО в которой повышает износостойкость при трении скольжения без смазки стали У7 в 22,2 – 22,4 раз по сравнению с состоянием после закалки и низкого отпуска. Установлено, что оптимизированный слой состоит из легированного хромом карбида VC с микротвердостью 2500 HV. Повышение износостойкости в условиях трения скольжения без смазки многокомпонентных карбидных слоев обусловлено преобладанием в диффузионном слое карбидов ванадия с высокой микротвердостью. Снижение уровня микротвердости по сравнению с однокомпонентным насыщением ванадием (2700 HV) оказывает благоприятное воздействие на уровень износостойкости. Это обусловлено тем, что высокотвердая фаза под действием истирающей нагрузки выкрашивается.


Библиографическая ссылка

Бутуханов В.А., Лыгденов Б.Д., Мэй Шунчи, Цыдыпов Б.С. ФОРМИРОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА ПРИ ДИФФУЗИОННОМ НАСЫЩЕНИИ В ПОРОШКОВОЙ СМЕСИ СОДЕРЖАЩЕЙ ФЕРРОСПЛАВЫ // Международный журнал экспериментального образования. – 2016. – № 8. – С. 75-76;
URL: http://www.expeducation.ru/ru/article/view?id=10357 (дата обращения: 15.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074