Obrabotka Metallov 2009 No. 1

УДК 621.923 *СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ А.М. ГУРЬЕВ, проф., д-р техн. наук, Б.Д. ЛЫГДЕНОВ, докторант, канд. техн. наук, О.А. ВЛАСОВА, аспирант, АлтГТУ, И.И. Ползунова, г. Барнаул Исследуются основные закономерности и механизмы борирования ферритоперлитных сталей. The main laws and mechanisms of borating the hypopearlitic steels are investigated. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ТЕХНОЛОГИЯ, ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА, ИНСТРУМЕНТАЛЬНАЯ СТАЛЬ. Химико-термическая обработка (ХТО) является од- ним из эффективных и широко применяемых в промыш- ленности методов повышения надежности и долговеч- ности ответственных деталей машин, инструмента и технологической оснастки. Различают следующие про- цессы ХТО: азотирование – насыщение азотом, це- ментация – насыщение углеродом, нитроцементация (цианирование) – насыщение азотом и углеродом одно- временно, алитирование – насыщение алюминием, хро- мирование – насыщение хромом, борирование – насы- щение бором, силицирование – насыщение кремнием, хромоалитирование и хромосилицирование – насыще- ние соответственно бором и алюминием, хромом и алю- минием, хромом и кремнием и т.д. Однако широкое промышленное применение получи- ли лишь традиционные процессы насыщения: азотирова- ние, цементация, нитроцементация, цианирование. Цин- кование, алитирование, борирование, хромирование, силицирование применяют в меньшей мере. Наиболее эффективные антикоррозионные, эрозионно-стойкие, жаростойкие и другие многокомпонентные диффузион- ные покрытия еще не нашли сколько-нибудь широкого промышленного применения. В то же время именно но- вым и, как правило, многокомпонентным диффузионным слоям принадлежит будущее. С одной стороны, это обу- словлено все возрастающим дефицитом специальных сталей и сплавов; с другой – тем, что традиционные про- цессы химико-термической обработки уже не обеспечи- вают тех требований к свойствам, которые предъявляют- ся промышленностью к изделиям, работающим в особо трудных (экстремальных) условиях эксплуатации. Не существует в настоящее время и четко сформули- рованной общей теории химико-термической обработки, позволяющей количественно интерпретировать резуль- таты насыщения (фазовый состав, структуру и свойства слоя). Исходя из известных исходных технологических предпосылок (состава насыщающей среды и обрабаты- ваемого сплава, давления в реакционном пространстве, температуры, времени процесса и т.д.) следует, что этот весьма перспективный метод поверхностного упрочне- ния нуждается в серьезных систематических исследова- ниях как теоретического, так и прикладного характера. Диффузионное насыщение поверхности сталей и сплавов чаще всего проводят при высокотемпературной изотермической или изотермически-ступенчатой вы- держке с полной перекристаллизацией стали в аустенит- ное состояние. Это приводит к перегреву – структура и механические свойства, кроме твердости и износостой- кости, ухудшаются. Недостатками процессов традици- онной ХТО являются также их высокая энергоемкость и продолжительность обработки. Указанные недостатки можно устранить при диф- фузионном насыщении поверхности сплава в режи- ме циклического изменения температуры – термо- циклирования (ТЦО). Известен целый ряд способов предварительной термоциклической обработки [1], но выбор режимов ТЦО до сих пор ведется эмпири- ческим путем. Недостатками этих способов являет- ся то, что повышение прочности не сопровождается необходимым высоким уровнем пластичности стали, а также то, что все известные способы достаточно трудоемки и длительны. Противоречивое понимание взаимного влияния различных параметров термоци- клирования (температура в цикле, скорости нагрева и охлаждения, количество циклов, время выдержки и др.) создало предпосылки для применения широкого спектра способов ТЦО, отличающихся не только прин- ципом воздействия, но, что самое главное, различаю- щихся до 20–50 раз энергозатратами для получения нужного результата. Поэтому необходимо дальней- шее, более глубокое изучение известных и разработ- ка новых оптимальных способов термоциклического упрочнения. Высокая износостойкость – это основ- ное свойство, ради которого проводят борирование металлов и сплавов. Износостойкость борированной стали 45 в условиях сухого трения–скольжения выше в 4–6 раз износостойкости цементированных, 1,5–3 раза нитроцементированных, в 3–8 раз цианированных, в 2 раза хромосилицированных, в 4 раза закаленной низкоотпущенной стали 45 [2]. Нами исследованы и описаны основные зако- номерности и механизмы борирования ферритно- перлитных сталей. Показано, что циклический нагрев и охлаждение значительно ускоряют кинетику процес- * Здесь и далее изложение доклада на 6-ой научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», 28 марта 2008 г., г. Новосибирск ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ТЕХНОЛОГИЯ № 1 (42) 2009 14