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 148 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Качество поверхностного слоя деталей ма - шин и инструмента определяется многими параметрами ( шероховатость , волнистость , твердость , остаточные напряжения и т . д .) и обе - спечивается последовательностью операций механической и термической обработки . Хи - мико - термическая обработка ( ХТО ) металлов используется для упрочнения поверхностных слоев формообразующего инструмента , таких как штампы для обработки давлением и пресс - формы для литья под давлением [1–4]. При этом от качества получаемых диффузионных покры - тий зависит долговечность технологической ос - настки и качество изготавливаемых при ее по - мощи изделий . Это определяет необходимость в комплексном подходе оценки свойств диффузи - онных слоев , включая их физико - механические свойства , структурно - фазовое и напряженное состояние . Очевидно , что после ХТО возникает раз - ность удельных объемов диффузионного слоя и стали - основы , под влиянием которой возни - кают технологические остаточные напряжения ( ТОН ), оказывающие значительное влияние на работоспособность покрытия и изделия в целом . Известно , что ТОН сжатия являются более пред - почтительными с точки зрения замедления ро - ста и образования усталостных трещин , в том числе для процессов ХТО [5,6]. Так , авторами работ [6,7] было установлено , что процессы це - ментации , азотирования , борирования и боро - силицирования положительно сказываются на характере распределения ТОН на стали 25 ХГТ и сплавах ВКС -5, ЭП 718 и ВНС -17. Измерение ТОН по методу Давыденкова для комбинированного процесса , включающего це - ментацию и последующее шлифование леги - рованной стали 17CrNi6-6 ( стандарт EN 10084- 2008), рассмотрено в работе [8]. Авторами установлено , что традиционная и низкотемпера - турная цементация приводит к благоприятному распределению ТОН в диффузионном слое . По - следующее чистовое шлифование эльборовым шлифовальным кругом (CBN grinding wheel) по - зволило сохранить распределение ТОН . Извест - но о положительном влиянии обработки данным инструментом на шероховатость стали 3 Х 2 В 8 Ф после бороалитирования [9]. Так , исходная ше - роховатость после ХТО была снижена с 7,7 до 0,43 мкм по параметру Ra . В работах [10,11] также представлены результаты благоприятного распределения ТОН в диффузионном слое по - сле комбинированной обработки , включающей борирование с последующей ультразвуковой об - работкой стали 45. Таким образом , при разработке методов диф - фузионного насыщения на поверхности сталь - ных изделий усилия должны быть направлены на поиск таких распределений ТОН , которые гарантированно улучшают эксплуатационные свойства изделий . Проведенный литературный обзор выявил отсутствие публикаций по опреде - лению ТОН после борирования стали 3 Х 2 В 8 Ф . Целью настоящей работы является опреде - ление температурных режимов диффузионного борирования , способствующих благоприятно - му распределению ТОН в поверхностном слое штамповой стали 3 Х 2 В 8 Ф . Методика исследований Образцы из инструментальной штамповой стали 3 Х 2 В 8 Ф ( табл . 1) были подвергнуты ХТО в порошковых смесях с использованием печного нагрева . Порошковый метод осуществляли в контей - нерах с плавким затвором ( рис . 1) [12]. Детали упаковывали в контейнер , крышка контейнера герметизировалась легкоплавким стеклом . За - тем контейнер загружали в предварительно на - Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав стали 3 Х 2 В 8 Ф , масс . % Chemical composition of 3Kh2V8F/3 Х 2 В 8 Ф steel, wt. % C Si Mn P S Cr Ni Cu W V 0,3…0,4 0,15…0,4 0,15…0,4 до 0,03 до 0,03 2,2…2,7 до 0,35 до 0,03 8,5…10,0 0,3…0,6