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 152 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Состав электролита и параметры для электрохимического травления ( анодного растворения ) образцов после ХТО Electrolyte composition and parameters for electrochemical etching (anodic dissolution) of samples after chemical heat treatment Состав электролита ( г / л ) / Electrolyte composition (g/l) t , ° С Плотность тока j , А / дм 2 / Current density j , A / dm 2 Напряжение U , В / Voltage U , V Скорость травления V тр , мм / мин / Etching rate V er , mm / min NaNO 3 – 60; NaNO 2 – 5; Na 2 CO 3 – 5; C 3 H 8 O 3 – 15; H 2 O – остальное / rest 30 125 11,5 0,0042 Расчет ТОН в программе XUdion произво - дится с использованием математической модели расчета компонент остаточных напряжений в пластинах с применением метода полосок [16] ( рис . 5): 0 2 2 8 4 2 1 3(1 ) Z Z E h E a V                2 0 ( ) 4( ) 2 ; a Z Z dV h a h a V V d da                z (1) 0 2 2 8 4 2 1 3(1 ) X X E h E a V                2 0 ( ) 4( ) 2 ; a X X X dV h a h a V V d da                (2) 0 2 2 3 ZX h G G a u             2 0 ( ) 4( ) 2 , a du h a h a u u d da                   (3) где σ z и σ x – нормальные компоненты остаточ - ных напряжений , МПа ; τ zx – касательная компо - нента остаточных напряжений , МПа ; E – модуль упругости , МПа ; G – модуль сдвига , МПа ; μ – коэффициент Пуассона ; 0 0 2 0 2 / / x x V f l f l    z z z ; 0 0 2 0 2 / / x x x V f l f l    z z ;   0 0 0 / 2     – при - веденные перемещения после вырезки ; 2 2 / / x x V f l f l    z z z ; 2 2 / / x x X V f l f l    z z ; ( ) / 2 x u      z – приведенные перемещения , регистрируемые в процессе травления ; 0 ; f z 0 x f – изменения прогибов полоски , обусловлен - ных вырезкой , мм ; f z , x f – те же перемещения , но зарегистрированные при удалении слоев , мм ; 0  z , 0 x  – изменения единичного угла закручива - ния полоски , обусловленных вырезкой , рад / мм ;  z , x  – те же перемещения , но зарегистриро - ванные при удалении слоев , мм ; l z , x l – соот - ветствующие исследуемые длины полосок , мм ; h – исходная толщина пластины ( полосок ), мм ; a – толщина слоя , удаленного в данный момент времени , мм ; ξ – переменная интегрирования . Результаты и их обсуждение В рамках данного исследования были опре - делены микротвердость , структурно - фазовое и напряженное состояние . Металлографический анализ выявил , что после борирования при тем - пературе 950 ° С формируется диффузионный слой глубиной 20 мкм ( рис . 6, а ). Повыше - ние температуры до 1050 ° С позволило полу - чить диффузионный слой глубиной до 105 мкм ( рис . 6, б ). Борированные слои имеют струк - туру в виде зубьев с округленными концами , ориентированными по направлению диффу - зии бора . В верхних частях слоя наблюдаются поры , являющиеся результатом взаимодействия с атмосферным воздухом . После ХТО в обоих температурных режимах формируется пере - ходная зона в виде темной области под бори -