Obrabotka Metallov 2011 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (51) 2011 41 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ нем слое, а Fe 2 B – под ним. Однофазные боридные слои состоят из фазы Fe 2 B [1, 3]. Переходная зона имеет сложное строение и является карбоборидной [4–6]. Ее структура, глубина и состав определяют, в частности, характер распределения остаточных напряжений, прочность связи боридного слоя с основным металлом, склонность его к хрупко- му разрушению, условия образования и развития усталостных трещин, возможность продавливания слоя и пр. Поэтому при выборе стали и режима бо- рирования необходимо учитывать влияние струк- туры переходной зоны. В тройной системе Fe–C–B в зависимости от концентрации углерода и бора может возникнуть как тройной твердый раствор бора и углерода в же- лезе, так и тройные химические соединения этих элементов – карбобориды [2]. С ростом температуры борирования относительное увеличение концентра- ции углерода в пограничном слое падает. Поэтому возникновению карбоборидов железа способству- ет понижение температуры процесса насыщения и повышение начального содержания углерода в ста- ли. Карбобориды, кристаллизующиеся на боридах, ориентированы относительно последних и имеют своеобразное перистое строение. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ В процессе экспериментальных работ установле- но, что при использовании состава: 25–35 % (масс.) H 3 BO 3 , 6–8 %(масс.) Al, в качестве активатора 2–3 % (масс.) NaF и в качестве инертной добавки – Al 2 O 3 , уже при первичном использовании смеси в герметич- ном контейнере, на углеродистых сталях формиру- ются диффузионные слои. Температура насыщения составила 950 °С, время выдержки – 5 часов. Толщи- на диффузионного слоя достигает до 20…50 мкм, а игольчатая структура свидетельствует о формирова- нии боридов (рис. 1). Рис. 1. Микроструктура диффузионного слоя на стали У8 при борировании в среде, содержащей борную кислоту х200 ( t = 950 о С, τ = 5 ч) Рис. 2. Микроструктура диффузионного слоя на стали У8 при борировании в среде состава с борной кислотой при вторичном использовании смеси с регенерацией 30 % (масс.) свежего состава х100. ( t = 950 о С, τ = 5) При добавлении в отработанный при первом режиме состав 30 % (масс.) свежеприготовленной смеси (без Al 2 O 3 ) позволяет интенсифицировать на- сыщающую способность (рис. 2). Покрытия имеют высокую микротвердость. Это связано, очевидно, с увеличением концен- трации бора в смеси и уменьшением доли оксида алюминия. До сих пор нет четкой градации по со- держанию оксида алюминия в составах для на- сыщения. При этом всегда необходимо учитывать химическую активность диффундирующего эле- мента. Совмещенное насыщение стальной поверхности бором с медью, никелем, хромом, титаном позволя- ет получать боридные слои меньшей толщины, но они обладают большей пластичностью и износо- стойкостью. Хорошие результаты получаются при введении в состав насыщающей смеси оловянистой брон- зы [7]. Если медь в насыщающей смеси приводит к двухкратному уменьшению толщины слоя, то бронза способствует его увеличению. Кроме того, состав [7] позволяет получать боридные покрытия при температурах от 650 °С. Покрытия имеют на 15–20 % меньшую твердость, чем борированные, но в 2–2,5 раза большую пластичность и износо- стойкость. Высокая износостойкость может быть объяснена тем, что при данной технологии за счет формирова- ния комплексного диффузионного слоя уменьшается коэффициент трения. Необходимо также учитывать тот факт, что ко- эффициент трения очень сильно может зависеть от пары трения. Введение в насыщающий состав оловянистой бронзы при восстановлении борной кислоты по заяв- ленной технологии приводит к интенсивному росту толщины диффузионного слоя (рис. 3).