Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 20 № 2 2018 88 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ обработки поверхности. Так, введение в поверх- ность металлов и сплавов определенных элемен- тов (наплавка, поверхностное легирование, хи- мико-термическая обработка) с использованием высококонцентрированных источников энергии (лазерного и электронного пучка) позволяет по- лучать на поверхности свойства, ранее не до- ступные при традиционных способах нагрева. Сущность электронно-лучевого легирования за- ключается в расплавлении участка поверхности металла вместе с добавляемыми легирующими элементами, предварительно нанесенными на обрабатываемый участок [1–3]. С помощью та- кой обработки можно улучшать эксплуатаци- онные свойства металлов и сплавов, такие как коррозионная стойкость, износостойкость, жа- ропрочность, жаростойкость и др. Как известно, свойства диффузионных слоев определяются видом насыщающего элемента и соотношением элементов (в случае многоком- понентного насыщения) в поверхностном слое. Такие процессы химико-термической обработки (ХТО), как алитирование, хромирование, бори- рование и другие с использованием традицион- ного печного нагрева достаточно хорошо изуче- ны. Поэтому продолжается активное изучение процессов в области многокомпонентного на- сыщения поверхности металлов и сплавов как с применением традиционных (в электропечах сопротивления), так и прогрессивных (лазером, электронным лучом, в плазме и др.) способов нагрева [4–6]. Одним из перспективных методов многоком- понентного насыщения является бороалитирова- ние [7]. Последовательное или совместное насы- щение бором и алюминием позволяет получить на поверхности слои с высокой коррозионной стойкостью, жаро- и износостойкостью. Экспе- рименты показали, что процессы борирования и алитирования, совмещенные в одном технологи- ческом цикле, в большинстве случаев приводят к формированию слоистой структуры, которая не позволяет в полной мере проявиться положи- тельным свойствам бороалитированного слоя в комплексе. Известно, что алюминиды желе- за с высоким содержанием алюминия эффек- тивно сопротивляются окислению при высо- ких температурах и характеризуются низкими механическими свойствами, а именно низкой пластичностью и склонностью к контактному истиранию [8]. В условиях сухого трения бо- рирующая составляющая слоя, располагающа- яся на границе слой-основа, может обеспечить высокое сопротивление механическому износу только по мере истирания алитированной зоны. Таким образом, данный тип бороалитированно- го слоя не оправдывает назначения многоком- понентных покрытий по повышению комплекса поверхностных свойств. Однокомпонентные диффузионные слои на основе боридов железа обладают некоторыми серьезными недостатками, среди которых – по- вышенная хрупкость, склонность к образованию трещин и сколов. Перечисленные отрицатель- ные явления объясняются анизотропией тепло- вого расширения боридных фаз (FeB и Fe 2 B) [9]. Несмотря на то, что слои, состоящие из бо- ридов железа, имеют высокую твердость, из-за их хрупкости их применение ограничено. На- пример, в условиях работы режущего и дефор- мирующего инструмента участки, подвергаемые ударным нагрузкам, склонны к выкрашиванию. Более высоким комплексом механических свойств обладают слои, микроструктуры ко- торых сформированы по «принципу Шарпи». В таких слоях твердые структурные составляю- щие располагаются в виде изолированных друг от друга включений, а наиболее вязкие образуют сплошную матрицу. В целом задача по разработке теории форми- рования борированных и бороалитированных слоев, обладающих высокими теплофизически- ми и механическими свойствами, в том числе пониженной хрупкостью, остается до конца не решенной. Целью настоящей работы является исследование последовательности формирова- ния фаз в борированных и бороалитированных слоях, полученных под воздействием электрон- ного пучка в вакууме на поверхности углероди- стых сталей. Методика исследований Исследования проводили на углеродистых сталях 20 и У12. Легирование осуществляли карбидом бора (B 4 C) при однокомпонентной обработке. На предварительно подготовленную поверхность наносили пасту из насыщающего компонента и ацетона. Для бороалитирования использовали пасту из карбида бора и алюминия