OBRABOTKAMETALLOV Vol. 25 No. 4 2023 237 MATERIAL SCIENCE В покрытиях, формирующихся на сталях Ст3 и 40Х13, содержание хрома было значительно ниже. Так, на стали Ст3 содержание хрома составило 15 %, на стали 40Х13 – 9 %. При этом изменение концентрации хрома происходило более плавно, чем на сталях 40Х и 30ХГСН2А. В покрытиях на сталях Ст3 и 40Х13 также было выявлено более высокое содержание никеля: на сталях Ст3 и 40Х13 содержание никеля на поверхности составило 40 %. Глубина диффузии никеля и хрома на стали Ст3 составила 14 мкм, на стали 40Х13 – 9 мкм. При этом на стали 40Х13 содержание хрома в покрытии составило 9 %. Концентрация хрома, соответствующая концентрации материала без покрытия, выявлялась на глубине 7 мкм. На стали Ст3 максимальная концентрация хрома составила 14,5 %. Концентрация хрома, соответствующая концентрации материала без покрытия, выявлялась на глубине 15 мкм. Проанализировав данные микрорентгеноспектрального анализа, можно сделать вывод, что одним из основных факторов, влияющих на концентрационное распределение элементов в покрытии, их структуру и микротвердость, является элементный состав покрываемого материала, в особенности содержание углерода. Стали 40Х и 30ХГСН2А содержат достаточно большое количество углерода, при этом содержание хрома составляет около 1 %. Таким образом, большая часть углерода в данных сталях находится в виде цементита. Диффундирующий в процессе ДЛЛЖР хром образует на поверхности покрываемого материала собственные карбиды ввиду большего сродства к углероду, чем железо. Этот фактор обусловливает более интенсивную диффузию хрома в материалы, элементно-фазовый состав которых позволяет образовывать карбиды хрома. При этом под карбидным слоем образуется слой с повышенной концентрацией никеля. Формирование этого слоя обусловлено низкой взаимной растворимостью никеля и карбидов. Стоит также отметить, что на сталях Ст3 и 40Х13 формирование карбидного слоя не происходило. На стали Ст3 отсутствие карбидного слоя объясняется недостаточным содержанием углерода для его образования. На стали 40Х13 ввиду большого содержания хрома отсутствие карбидного слоя объясняется тем, что эта сталь содержит в своем составе карбид (Cr, Fe)23C6: это не позволяет углероду активно диффундировать к хрому, полученному при ДЛЛЖР, и тем самым формировать карбидный слой. Так, при сравнении содержание хрома в покрытиях на стали 40Х и 40Х13 было выявлено различие значений концентраций в 8,8 раза, что говорит о значительном влиянии процентного содержания углерода и хрома в стали. В случае, когда углерод связан в карбиды элементов, обладающих меньшим сродством к углероду, чем хром, происходит диффузия углерода к хрому, полученному при ДЛЛЖР, и формирование карбидов на основе хрома. Распределение никеля в покрытиях также имело свои особенности. На образцах, имеющих на поверхности карбидный слой, никель оттеснялся в зону под этим слоем. Например, на образце из стали 30ХГСН2А максимальная концентрация никеля наблюдалась на глубине 5 мкм и составила 21 %, при этом содержание никеля в карбидном слое составило 1,5 % (рис. 3). Малое содержание никеля в карбидном слое объясняется низкой взаимной растворимостью никеля и карбидов хрома. Аналогичный слой, обогащенный никелем, наблюдался и на стали 40Х. Максимальная концентрация никеля составила 13 % на глубине 4,5 мкм. Далее концентрация никеля плавно падала до концентрации, характерной для материала без покрытия. На сталях Ст3 и 40Х13 концентрация никеля была значительно выше и составляла 40 % на поверхности образца. Далее концентрация плавно снижалась до значений концентрации, характерных для материала без покрытия. Полученные данные о структуре покрытий хорошо согласуются с уже известными результатами диффузионного насыщения никелем и хромом по технологии ДЛЛЖР таких материалов, как АРМКО-железо, сталь 10 и Х6ВФ [21]. Таким образом, при формировании покрытий на сталях 40Х, 30ХГСН2А с точки зрения элементного состава и структуры покрытия состоят из нескольких функциональных слоев: поверхностного карбидного и переходного. При этом слои имеют четкую границу раздела. Для сталей 40Х13 и Ст3 формируется однослойное покрытие. На рис. 4 представлены ЭДС-изображения сталей 40Х и Ст3, характеризующие элементный состав диффузионных покрытий.
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1