The structure, phase composition, and residual stresses of diffusion boride layers formed by thermal-chemical treatment on the die steel surface

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 23 № 2 2021 147 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Оценка структурно - фазового и напряженного состояния диффузионных боридных слоев , полученных химико - термической обработкой на поверхности штамповой стали 3 Х 2 В 8 Ф Ундрах Мишигдоржийн 1, 2, a, * , Николай Улаханов 2, 1, b , Александр Тихонов 3, 2, c , Павел Гуляшинов 4, 2, d 1 Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук , ул . Сахьяновой 6, г . Улан - Удэ , 670047, Россия 2 Восточно - Сибирский государственный университет технологий и управления , ул . Ключевская 40 В , г . Улан - Удэ , 670013, Россия 3 Иркутский национальный исследовательский технический университет , ул . Лермонтова 83, г . Иркутск , 664074, Россия 4 Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук , ул . Сахьяновой 6, г . Улан - Удэ , 670047, Россия a https://orcid.org/0000-0002-7863-9045, undrakh@ipms.bscnet.ru, b https://orcid.org/0000-0002-0635-4577, nulahanov@mail.ru , c https://orcid.org/0000-0002-4917-9916, tihonovalex90@mail.ru , d https://orcid.org/0000-0001-6776-9314, gulpasha@mail.ru. Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ). 2021 Том 23 № 2 с . 147–162 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2021-23.2-147-162 Обработка металлов ( технология • оборудование • инструменты ) Сайт журнала : http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.9.011 История статьи : Поступила : 18 марта 2021 Рецензирование : 05 апреля 2021 Принята к печати : 17 апреля 2021 Доступно онлайн : 15 июня 2021 Ключевые слова : Химико - термическая обработка ( ХТО ) Качество поверхностного слоя Борирование Остаточные напряжения Структурно - фазовое состояние Штамповая сталь Финансирование : Исследование выполнено при фи - нансовом обеспечении гранта Рос - сийского Научного Фонда ( проект 19-79-10163). Благодарности : Выражение признательности : авто - ры выражают благодарность Ман - татовой Светлане Сергеевне за по - мощь при написании англоязычного блока статьи . АННОТАЦИЯ Введение . Контроль и управление технологическими остаточными напряжениями ( ТОН ) явля - ется одной из важнейших задач технологии машиностроения . Борирование способно обеспечить вы - сокие физико - механические свойства деталей машин и инструментов с минимальным воздействием на напряженное состояние в поверхностных слоях . Целью настоящей работы является определение температурных режимов диффузионного борирования , способствующих благоприятному распреде - лению ТОН в поверхностном слое штамповой стали 3 Х 2 В 8 Ф . В работе рассмотрены результаты исследований по определению ТОН экспериментальным методом на установке УДИОН -2 в диф - фузионных слоях на поверхности исследуемой стали . Борирование проводили в контейнерах с по - рошковой смесью из карбида бора и фторида натрия в качестве активатора при температуре 950 и 1050 ° С в течение 2 ч . Полученные образцы сталей с диффузионным слоем исследовали на оптиче - ском микроскопе и растровом электронном микроскопе ( РЭМ ); определяли микротвердость , элемент - ный и фазовый состав слоев . Установлено , что при увеличении температуры борирования с 950 до 1050 ° С толщина диффузионного слоя возрастает с 20 до 105 мкм . При этом низкотемпературный ре - жим химико - термической обработки ( ХТО ) привел к формированию борида железа Fe 2 B с максималь - ным содержанием бора 6 % и микротвердостью до 1250 HV, а высокотемпературный – борида железа FeB с максимальным содержанием бора 11 % и микротвердостью до 1880 HV. Результаты и обсужде - ния . Установлено , что борирование при 950 ° С приводит к более благоприятному распределению ТОН сжатия в диффузионном слое . Однако значительные колебания ТОН в диффузионном слое и в приле - гающей ( переходной ) зоне могут негативно сказаться на эксплуатационных свойствах после ХТО при данной температуре . Увеличение температуры ХТО приводит к возникновению растягивающих ТОН в верхней зоне слоя на глубине до 50 мкм от поверхности . Несмотря на наличие растягивающих на - пряжений на поверхности диффузионного слоя после высокотемпературной ХТО распределение ТОН является более плавным по сравнению с низкотемпературным борированием . Для цитирования : Оценка структурно - фазового и напряженного состояния диффузионных боридных слоев , полученных химико - термической обработкой , на поверхности штамповой стали 3 Х 2 В 8 Ф / У . Л . Мишигдоржийн , Н . С . Улаханов , А . Г . Тихонов , П . А . Гуляшинов // Обработка металлов ( технология , оборудование , инструменты ). – 2021. – Т . 23, № 2. – С . 147–162. – DOI:10.17212/1994-6309-2021-23.2-147-162. ______ * Адрес для переписки Мишигдоржийн Ундрах Лхагвасуренович ., к . т . н ., заведующий лабораторией Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук , ул . Сахьяновой 6, 670047, г . Улан - Удэ , Россия Тел .: 8 (3012) 43-48-70, e-mail: undrakh@ipms.bscnet.ru .