Оценка структурно-фазового и напряженного состояния диффузионных боридных слоев, полученных химико-термической обработкой на поверхности штамповой стали 3Х2В8Ф

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Контроль и управление технологическими остаточными напряжениями (ТОН) является одной из важнейших задач технологии машиностроения. Борирование способно обеспечить высокие физико-механические свойства деталей машин и инструментов с минимальным воздействием на напряженное состояние в поверхностных слоях. Цель настоящей работы является определение температурных режимов диффузионного борирования, способствующих благоприятному распределению ТОН в поверхностном слое штамповой стали 3Х2В8Ф. В работе рассмотрены результаты исследований по определению ТОН экспериментальным методом на установке УДИОН-2 в диффузионных слоях на поверхности исследуемой стали. Борирование проводили в контейнерах с порошковой смесью из карбида бора и фторида натрия в качестве активатора при температуре 950 °С и 1050 °С в течение 2 ч. Полученные образцы сталей с диффузионным слоем исследовали на оптическом микроскопе и растровом электронном микроскопе (РЭМ); определяли микротвердость, элементный и фазовый состав слоев. Установлено, что при увеличении температуры борирования с 950 °С до 1050 °С толщина диффузионного слоя возрастает с 20 до 105 мкм. При этом, низкотемпературный режим химико-термической обработки (ХТО) привел к формированию борида железа Fe2B с максимальным содержанием бора 6 % и микротвердостью до 1250 HV, а высокотемпературный - борида железа FeB с максимальным содержанием бора 11 % и микротвердостью до 1880 HV. Результаты и обсуждения. Установлено, что борирование при 950 °С приводит к более благоприятному распределению ТОН сжатия в диффузионном слое. Однако, значительные колебания ТОН в диффузионном слое и в прилегающей (переходной) зоне могут негативно сказаться на эксплуатационных свойствах после ХТО при данной температуре. Увеличение температуры ХТО приводит к возникновению растягивающих ТОН в верхней зоне слоя на глубине до 50 мкм от поверхности. Несмотря на наличие растягивающих напряжений на поверхности диффузионного слоя после высокотемпературной ХТО распределение ТОН является более плавным, по сравнению с низкотемпературным борированием.

Об авторах

У. Л. Мишигдоржийн

Email: undrakh@ipms.bscnet.ru
канд. техн. наук, 1. Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Сахьяновой 6, г. Улан-Удэ, 670047, Россия; 2. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40В, г. Улан-Удэ, 670013, Россия, undrakh@ipms.bscnet.ru

Н. С. Улаханов

Email: nulahanov@mail.ru
1. Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Сахьяновой 6, г. Улан-Удэ, 670047, Россия; 2. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40В, г. Улан-Удэ, 670013, Россия, nulahanov@mail.ru

А. Г. Тихонов

Email: tihonovalex90@mail.ru
1. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40В, г. Улан-Удэ, 670013, Россия; 2. Иркутский национальный исследовательский технический университет, ул. Лермонтова 83, г. Иркутск, 664074, Россия, tihonovalex90@mail.ru

П. А. Гуляшинов

Email: gulpasha@mail.ru
канд. техн. наук, 1. Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, ул. Ключевская 40В, г. Улан-Удэ, 670013, Россия; 2. Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Сахьяновой 6, г. Улан-Удэ, 670047, Россия, gulpasha@mail.ru

Список литературы

  1. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки. – М.: Новое знание, 2010. – 304 с. – ISBN 978-5-94735-149-1.
  2. Krukovich M.G., Prusakov B.A., Sizov I.G. Plasticity of boronized layers // Springer Series in Materials Science. – 2016. – Vol. 237. – P. 111–227. – doi: 10.1007/978-3-319-40012-9.
  3. Kulka M. Trends in thermochemical techniques of boriding // Kulka M. Current trends in boriding: Techniques. – Cham, Switzerland: Springer, 2019. – P. 17–98. – doi: 10.1007/978-3-030-06782-3_4. – (Engineering materials).
  4. Химико-термическая обработка инструментальных материалов / Е.И. Бельский, М.В. Ситкевич, Е.И. Понкратин, В.А. Стефанович; под ред. Р.И. Томилина. – Минск: Наука и техника, 1986. – 247 с.
  5. Буркин С.И.,  Шимов Г.В., Андрюкова Е.А. Металлургия. Остаточные напряжения в металлопродукции. – М.; Екатеринбург: Юрайт, 2018. – 247 с. – ISBN 978-5-534-06500-8.
  6. Пищов М.Н., Бельский С.Е. Анализ остаточных напряжений в упрочненном слое зубчатых колес трелевочного трактора после проведения химико-термической обработки // Труды БГТУ. Серия 2, Лесная и деревообрабатывающая промышленность. – 2010. – Вып. 18. – С. 294–298.
  7. Оценка влияния химико-термической обработки на сопротивление усталости образцов при нормальной и повышенной температурах / В.Ф. Павлов, В.С. Вакулюк, О.С. Афанасьева, А.С. Букатый // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. – 2012. – № 5 (36). – С. 113–119.
  8. Sawicki J., Kruszynski B., Wójcik R. The influence of grinding conditions on the distribution of residual stress in the surface layer of 17CrNi6-6 steel after carburizing // Advances in Science and Technology Research Journal. – 2017. – Vol. 11 (2). – P. 17–22. – doi: 10.12913/22998624/67671.
  9. Surface processing technology in improving operational properties of hot-work tool steel / N.S. Ulakhanov, U.L. Mishigdorzhiyn, A.D. Greshilov, A.G. Tikhonov, I.N. Ryzhikov // AER-Advances in Engineering Research. – 2019. – Vol. 188. – P. 362–366. – doi: 10.2991/aviaent-19.2019.67.
  10. Влияние ультразвуковой обработки на физико-механические свойства борированного слоя / Л.М. Нечаев, Н.Б. Фомичева, И.Ю. Канунникова, Е.В. Маркова // Современные наукоемкие технологии. – 2008. – № 9. – С. 16–19.
  11. Остаточные напряжения после ХТО и БУФО / Н.И. Федотов, Ю.П. Хараев, А.Д. Грешилов, Л.А. Куркина // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2011. – Т. 8, № 4. – С. 37–39.
  12. Sizov I.G.; Mishigdorzhiyn U.L.; Polyansky I.P. Boroaluminized carbon steel // Encyclopedia of Iron, Steel and Their Alloys / ed. by R. Colás, G.E. Totten. – New York: Taylor and Francis, 2016. – P. 346–357. – doi: 10.1081/e-eisa-120049887.
  13. Патент 2121666 Российская Федерация, МКИ 3 G 01 L 1/06. Способ определения остаточных напряжений / Замащиков Ю.И. – № 96107536/28; заявл. 18.04.96, опубл. 10.11.98, Бюл. № 31.
  14. Tikhonov A.G., Pashkov A.E. Comparative study of residual stresses when turning HSS-5 steel with varying feed // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 632. – P. 012113. – doi: 10.1088/1757-899X/632/1/012113.
  15. Программный модуль расчета остаточных напряжений по данным, полученным методом удаления слоев: свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2015663438 / Замащиков Ю.И., Толстихин К.В. – № 2015619838; заявл. 16.10.15, опубл. 20.01.16, Бюл. № 2.
  16. Zamashchikov Yu.I. Surface residual stress measurements by layer removal method // International Journal of Machining and Machinability of Materials. – 2014. – Vol. 16 (3–4). – P. 187–211. – doi: 10.1504/IJMMM.2014.067307.
  17. Lentz L., Röttger A., Theisen W. Hardness and modulus of Fe2B, Fe3(C,B), and Fe23(C,B)6 borides and carboborides in the Fe?C?B system // Materials Characterization. – 2018. – Vo1. 35. – P. 192–202. – doi: 10.1002/srin.201000255.
  18. Технология экспериментальных исследований. В 2 кн. Кн. 2 / под ред. С.А. Зайдеса. – Иркутск: Изд-во Иркут. гос. техн. ун-та, 2011. – С. 121–158. – ISBN 978-5-8038-0719-3.
  19. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов: справочное пособие. – Минск: Беларусь, 1981. – 205 c.
  20. Jurci P., Hudáková M. Diffusion boronizing of H11 hot work tool steel // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 1180–1187. – doi: 10.1007/s11665-010-9750-x.
  21. Tribocorrosion and cytotoxicity of FeB?Fe2B layers on AISI 316 L steel / I. Campos-Silva, M. Palomar-Pardavé, R. Pérez Pastén-Borja, O. Kahvecioglu Feridun, D. Bravo-Bárcenas, C. López-García, R. Reyes-Helguera // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 349. – P. 986–997. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.05.085.
  22. The growth of single Fe2B phase on low carbon steel via phase homogenization in electrochemical boriding (PHEB) / G. Kartal, S. Timur, V. Sista, O.L. Eryilmaz, A. Erdemir // Surface and Coatings Technology. – 2011. – Vol. 206. – P. 2005–2011. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2011.08.049.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».