ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 1 2023 132 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Задачи повышения надежности, работоспособности и долговечности деталей машин, конструкций и инструмента относятся к числу первоочередных задач в науке и технике. Для решения этих задач требуется разработка и внедрение эффективных методов, которые позволяют повысить многие эксплуатационные характеристики (коррозионную стойкость и износостойкость) путем поверхностного упрочнения. Одним из распространенных методов поверхностного упрочнения является химико-термическая обработка (ХТО), которая направлена на повышение широкого спектра физико-механических свойств при эксплуатации деталей машин и инструмента. Сущность любого метода ХТО заключается в термическом и химическом воздействии на материал с целью изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя. Из анализа литературных данных следует, что одним из самых распространенных методов ХТО является борирование [1–6]. Процесс борирования известен более полувека, но применяется не так широко по сравнению с цемента цией [7–10], азотированием и нитроцементацией [11–14]. В результате насыщения железоуглеродистых сплавов бором на поверхности формируются слои, обладающие высокой твердостью (1600…2000 HV). Сдерживающим фактором широкого распространения борирования в машиностроении является высокая хрупкость и склонность к трещинообразованию поверхностных слоев после различных химико-термических способов обработки [15–17]. Существует несколько способов снижения хрупкости боридного слоя: 1) получение однофазных слоев, которые состоят из фазы Fe2B; 2) получение более тонких слоев; 3) использование в составе насыщающей смеси совместно с бором таких элементов, как хром, медь, никель, алюминий и др. [21–24]. Особый интерес представляет один из методов ХТО – боромеднение. Данный метод направлен на увеличение толщины диффузионного слоя, а также на повышение пластичности диффузионного слоя. Авторами работ [21–23] установлено, что увеличение концентрации меди в составе насыщающей смеси способствует увеличению толщины диффузионного слоя. Целью данной работы является исследование строения диффузионного слоя в зависимости от времени проведения комплексного насыщения поверхности образцов из стали 45, У10 и 5ХНМ бором и медью. Методика исследований Процесс диффузионного насыщения проводился в порошковой среде. В качестве исследуемых образцов использовались стали 45, У10 и 5ХНМ, химический состав которых представлен в табл. 1. Насыщающая смесь включала в себя порошок карбида бора, алюминия и оксида меди. Фтористый натрий выступал активатором процесса насыщения. Состав насыщающей смеси имел следующее процентное содержание компонентов: 47 % B4C + + 28 % CuO + 23 % Al + 2 % NaF. Оптимальное Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Химический состав стали 45, У10 и 5ХНМ, масс. % Chemical composition of Steel 45 (0.45% C), Steel U10 (1.0% C), and 0.5C-Cr-Ni-Mn steel, wt. % Марка стали / Steel grade C Si Mn Ni S P Cr Cu Fe Mo Сталь 45 0,42…0,5 0,17…0,37 0,5…0,8 до 0,25 до 0,04 до 0,035 до 0,25 до 0,25̴ 97 – Сталь У10 0,96…1,03 0,17…0,33 0,17…0,33 до 0,25 до 0,028 до 0,03 до 0,2 до 0,25̴ 97 – Сталь 5ХНМ 0,5…0,6 0,1…0,4 0,5…0,8 1,4…1,8 до 0,03 до 0,03 0,5…0,8 до 0,3̴ 95 0,15…0,3
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1