ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 25 № 2 2023 94 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ и коррозии деталей машиностроения. Существует несколько методов борирования: порошковый, химический и электролитический [4–7]. Отмечено, что процесс диффузионного борирования характеризуется большой длительностью (8–10 ч) и малой глубиной упрочнения (менее 200 мкм) [8–10]. Кроме того, насыщение поверхности стали бором обычно приводит к образованию FeB и Fe2B, имеющих игольчатую микроструктуру. Такая микроструктура делает боридный слой очень хрупким. Это не позволяет эффективно использовать борированные детали в случаях, когда они подвергаются ударным и высоким локальным нагрузкам в процессе эксплуатации. Разрушение игольчатой структуры на поверхности приводит к образованию глобулярной структуры, которая может существенно повысить прочность и пластичность поверхности [11]. Насыщение поверхности стали бором с использованием лазера, электронного луча или плазменной дуги [12–15] позволяет сократить процесс борирования до 0,1–1 мин и получить глубину упрочнения в диапазоне 1–5 мм. В работе [16] использовали порошок CrB для легирования поверхности углеродистой стали с помощью лазера. Результаты показали, что при низкой скорости сканирования (10 мм/с) микроструктура и свойства легированного слоя однородны. Авторы работы [17] с помощью лазера проводили модификации структуры борированной стали без нарушения микроструктуры и свойств основного металла. Обнаружено, что лазерная модификация поверхности с мощностью 250 Вт уменьшает градиент твердости легированного слоя к основному металлу и приводит к значительному повышению пластичности и ударной вязкости стали. Авторы работы [18] исследовали процесс борирования и отметили, что лазерное борирование низкоуглеродистой стали может быть выполнено быстрее и без какой-либо предварительной обработки. Было обнаружено, что наиболее желательной микроструктурой для борирования лазером стали AISI 1018 является Fe2B, которая имеет высокую твердость в диапазоне 1300–1700 HV и сжимающее напряжение на обрабатываемой поверхности. Порошковый карбид бора использовался для поверхностного упрочнения с помощью электронного луча [19]. Авторы отметили, что упрочненный слой после обработки имеет дендритную структуру и твердость поверхности в шесть раз большую по сравнению со стальной подложкой. Авторами работы [20] проведено исследование структуры и свойств боридных покрытий, полученных на стали AISI 1018 с использованием источника плазменного нагрева. По результатам исследования отмечено, что толщина покрытий составляла от 1 до 1,5 мм, твердость – от 400 до 1600 HV. Скорость изнашивания борированных покрытий примерно на четыре порядка ниже скорости изнашивания стальной подложки. Из анализа литературы следует, что боридные покрытия на стальной подложке можно получить с использованием источников нагрева лазером, электронным лучом и плазменной дугой. Кроме этого отметим, что работ с использованием плазменного поверхностного нагрева для борирования сталей очень мало. Целью настоящей работы является формирование боридных покрытий на низкоуглеродистой стали с помощью технологии плазменной наплавки. Для достижения поставленной цели проведены исследования микроструктуры и фазового состава, а также измерения микротвердости наплавленных покрытий. Методика исследований В качестве основного материала использовалась сталь 20, в состав которой входят следующие компоненты: С 0,17–0,24 %, Si 0,17–0,37 %, Mn 0,35–0,65 %, Ni до 0,25 %, S до 0,04 %, P до 0,04 %, Cr до 0,25 %, Fe ~ 98 %. Образцы вырезаны в виде пластины размером 75×15×15 мм и отшлифованы наждачной бумагой до зернистости 1200. Суспензию готовили путем смешивания порошка аморфного бора с клеем БФ-6 в весовой пропорции 1:1 и предварительно наносили на поверхность каждого образца. Толщина обмазки зафиксирована 1 мм. После этого образцы с обмазкой просушили в сушильном шкафу при температуре 60 °С в течение 2 ч. Оборудование для плазменной наплавки схематически представлено на рис. 1. Во всех режимах обработки постоянными параметрами были напряжение 30 В, скорость перемещения стола с образцом 4 мм/с, расстояние между поверхностью образца и электродом 3 мм, диаметр сопла 5 мм и расход защитного газа 18 л/мин. В качестве переменного параметра служила сила тока (см. таблицу).
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1