Obrabotka Metallov 2010 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ № 2 (47) 2010 20 компонентов, входящих в состав насыщающей смеси. Для описания зависимости “состав – свой- ство” в многокомпонентных системах более удо- бен метод симплексных решеток, позволяющий получать математическую модель исследуемой зависимости, ее графическую интерпретацию и не требующий большого объема экспериментов. Данный метод был применен при изучении вли- яния химического состава многокомпонентной насыщающей среды на толщину и износостой- кость борсодержащих покрытий инструменталь- ных сталей. В качестве исходных компонентов насыщаю- щей смеси (обмазки) для диффузионного боро- хромирования использовались феррохром (FeCr), карбид бора (B 4 C), мелкодисперсный графит, бентонит и фторид аммония (NH 4 F). Для диффузионного боротитанирования ис- пользовались диборид титана (TiB 2 ), карбид бора (B 4 C), мелкодисперсный графит, бентонит и фторид аммония (NH 4 F). В качестве упрочняемых деталей способом диффузионного борохромирования были ис- пользованы штамповые вставки для горячего деформирования из стали 5ХНМ. Насыщающая смесь разводилась в воде до пастообразного со- стояния и наносилась на упрочняемую поверх- ность детали слоем толщиной 4…6 мм. После сушки деталей на воздухе до получения твердой корки производили процесс насыщения в терми- ческой печи при температуре 1050 °С в течение 6 часов. Затем проводили охлаждение в масле с температуры насыщения и последующий от- пуск. Износостойкость оценивали ресурсом упрочненной штамповой вставки по количеству отштампованных деталей. Ранее проведенные исследования [1–5] пока- зали, что зависимость свойств покрытий от со- ставанасыщающейсмесинеобходимоизучатьне во всей области изменения концентрации компо- нентов, а только на локальный участок, который ограничивается следующим содержанием ве- ществ в смеси при диффузионном борохромиро- вании: B 4 C – 40 … 80 %, FeCr – 10 … 30 %, графи- та – 10 … 20 %, NH 4 F – 5 … 10 %, бентони- та – 2 … 5 %; при диффузионном боротитаниро- вании: B 4 C – 40 … 80 %, TiB 2 – 10 … 30 %, гра- фита – 10 … 20 %, NH 4 F – 5 … 10 %, бентони- та – 2 … 5 %. Так как изучаемая локальная область пред- ставляет собой неправильный симплекс, то для получения уравнения регрессии были со- ставлены симплекс-решетчатые планы {5, 2} относительно псевдокомпонентов, представ- ляющих собой полный план, и соответствен- но исходных компонентов насыщающей сме- си. Были получены коэффициенты уравнения регрессии в координатах псевдокомпонентов, проверена адекватность реализованного плана. Для практического использования произведен перевод координат из одной аффинной системы в другую и получено уравнение регрессии в ис- ходных координатах. Были построены математические модели вто- рой степени зависимости износостойкости и тол- щины упрочняющего покрытия от соотношения компонентов, входящих в составы насыщающих смесей. По результатам планирования экспери- ментов проведены контрольные опыты, которые подтвердили правильность математических мо- делей. На упрочненных деталях поверхность при- обрела характерную для боридных слоев тексту- рованность материала (рис. 1). Проведена оптимизация химического соста- ва и установлено оптимальное количественное содержание компонентов в насыщающей смеси при диффузионном борохромировании. 1. При содержании в насыщающей сме- си в процессе борохромирования феррохрома меньше 15 % от общей массы преимуществен- но имеет место насыщение бором, что приво- дит к высокой хрупкости диффузионного слоя и, следовательно, к снижению ресурса работы. При содержании в обмазках FeCr больше 25 % преимущественно реализуется процесс хроми- рования, что приводит к образованию более мягких диффузионных слоев, обладающих по- ниженной твердостью и соответственно низким ресурсом. 2. Содержание в насыщающей смеси B 4 C меньше 50 % приводит к получению диффузи- онных слоев с малой твердостью и снижению ресурса упрочненных деталей. При содержании карбида бора больше 60 % преимущественно