OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 123 MATERIAL SCIENCE Полезность применения термической обработки к углеродистым сталям (C% < 0,25) остается ограниченной, поскольку этот тип обработки не улучшает в достаточной степени свойства поверхности (твердость, износостойкость, ударопрочность, усталость и др.) для удовлетворения жестким требованиям к поверхности контактирующих деталей [1–10]. Среди способов химико-термической обработки науглероживание (с использованием твердой, газовой, жидкой насыщающей смеси) является одним из наиболее эффективных методов обработки, который направлен на поверхностное обогащение поверхности углеродом в атомарном состоянии (от 0,7 до 0,9 масс. %) путем его диффузии в аустенитной фазе (от 870 до 980 °C в зависимости от процесса) с последующей закалкой и отпуском для улучшения механических свойств поверхности в соответствии с уменьшающимся градиентом углерода на очень ограниченной глубине, не достигающей сердцевины [1–5]. С учётом этого факта появляется возможность снизить стоимость конечного изделия за счет использования углеродистых сталей (C% < 0,25) вместо дорогих высокоуглеродистых легированных сталей. С другой стороны, присутствие углерода ограничит измельчение зерна на поверхности стали, что подавляет подвижность пластической деформации во время взаимодействия твердого тела с твердым телом [5–8]. В последнее время различные исследователи активно занимаются разработкой поверхности слоя металла с образованием градиентных твердых фаз, используя различные технологические способы поверхностного легирования углеродом, азотом, бором и др. [6, 7]. В работах [7–13] провели исследование влияния легирующих элементов, таких как Si, Ni, Cr и Mo, на характеристики науглероживания сталей. Показано значительное влияние этих легирующих элементов на поведение науглероживания сталей AISI 1018, 4820, 5120 и 8620. Авторы считают, что обезуглероживание является обратным процессом науглероживания, и делают вывод, что легирующие элементы также будут сильно влиять на обезуглероживание стали. Экспериментальные результаты показали, что Si способствует обезуглероживанию феррита, в то время как Cr препятствует этому в высокоуглеродистых сталях. В работе [15] изучали влияние некоторых легирующих элементов на обезуглероживание стали TRIP (пластичность, вызванная трансформацией). Экспериментальные результаты показали, что увеличение содержания Si и P ускоряет обезуглероживание. По сути, обезуглероживание представляет собой процесс, при котором атомы углерода внутри материала диффундируют наружу и реагируют с печным газом. Поэтому влияние легирующих элементов на обезуглероживание стали в первую очередь сказывается на диффузии атомов углерода. Многие авторы [1–8] исследовали термодинамику и коэффициенты активности углерода в гранецентрированных кубических (ГЦК) тройных сплавах Fe-Mn-C, Fe-Si-C, Fe-Ni-C и др. Экспериментальные результаты показали, что Mn снижает коэффициент активности углерода в аустените, что в свою очередь снижает коэффициент диффузии углерода. С другой стороны, влияние Si на коэффициент диффузии C в аустените противоположно влиянию Mn. Хотя экспериментальные методы могут раскрыть влияние легирующих элементов на диффузию атомов C, выяснение лежащего в основе механизма на атомном уровне остается сложной практической задачей. В практике многих предприятий легко реализуемым, простым и недорогим способом науглероживания деталей машин и механизмов из низкоуглеродистых сталей является метод с использованием твердого карбюризатора. В промышленности [1, 2] традиционно применяется схема двухстадийного процесса: первая стадия – насыщение деталей углеродом с использованием твердого карбюризатора и охлаждением на воздухе; вторая стадия – закалка с отпуском. Для сокращения времени цементации назначают температуру нагрева и выдержки в диапазоне 900…1150 °С [10, 11]. Обязательным требованием к деталям, поступающим на такую обработку, является задание припуска 1…3 мм на последующую механическую обработку с целью удаления обезуглероженного слоя. Добавление в эти стали большого количества углерода и других легирующих элементов приводит к серьезной сегрегации состава и поверхностному обезуглероживанию изделий. Сообщалось, что сегрегация состава и обезуглероживание отрицательно сказываются на
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1