Визначення складу пасти для формування зміцнених шарів на сталі мартенситного класу шляхом комбінованої обробки

Abstract

Проблематика підвищення зносостійкості потребує нових матеріалознавчих підходів до вирішення питань поверхневого зміцнення. Нержавіючі сталі мартенситного класу мають високі антикорозійні властивості і характеристики міцності, однак слабко протидіють абразивному і ерозійному зношуванню. Існуючі методи хіміко-термічного зміцнення вже не відповідають експлутаційно-економічним показникам. Застосування комбінованої методики зміцнення яка поєднує борування та швидкісний нагріву струмами високої частоти дозволяє інтенсифікувати дифузійні процеси. Такій підхід дозволяють отримати порівняно товсті зміцнені шари та отримати структуру зміцненого шару з принципово новою морфологією. В результаті обробки сталі мартенситного класу отримано шари товщиною 25 – 240 мкм з проміжним загартованим шаром між дифузійною зоною та основним металом. Така архітектура зміцненого шару дозволяє ефективніше протидіяти продавлюванню, абразивному, ерозійному та кавітаційному зношуванню. Основними структурами у борованому шарі є бориди типу Fe2B, карбобориди, які розташовані у твердому розчині бору у залізі та легуючих елементів. Мікротвердість борованого шару перевищує 10000 МПа. Мікротвердість загартованого шару сягає значень 8000 МПа, що відповідає мікротвердості безструктурного мартенситу. Перехід від дифузійного шару до основної структури відбувається через структуру гартування, яка була сформована під дією швидкісного нагрівання СВЧ, і достатньо швидкісним тепловідводом вглиб металу. Показано, що дрібні зерна матричного матеріалу, які утворились на границі поділу, утворюються внаслідок активного проникнення атомів бору по границям субструктури і формуванням нових границь структури.

The problem of increasing wear resistance requires new materials science approaches to solving problems of surface hardening. Martensitic stainless steels have high anticorrosive properties and strength characteristics, but weakly resist abrasive and erosive wear. The existing methods of chemical-thermal hardening no longer correspond to the operational and economic indicators. The use of a combined hardening technique that combines borating and high-speed heating by high-frequency currents makes it possible to intensify diffusion processes. This approach makes it possible to obtain relatively thick hardened layers and to obtain a hardened layer structure with a fundamentally new morphology. As a result of the processing of martensitic steel, layers with a thickness of 25 - 240 microns with an intermediate hardened layer between the diffusion zone and the base metal were obtained. This architecture of the hardened layer effectively resists punching, abrasive, erosional and cavitation wear. The main structures in the boron layer are borides of the Fe2B type, carboborides located in a solid solution of boron in iron and alloying elements. The microhardness of the borated layer exceeds 10000 MPa. The microhardness of the hardened layer reaches 8000 MPa, which corresponds to the microhardness of structureless martensite. The transition from the diffusion layer to the main structure occurs through the hardening structure, which was formed under the action of high-speed microwave heating, and a sufficiently high-speed heat removal deep into the metal. It is shown that fine grains of the matrix material formed at the interface are formed as a result of active penetration of boron atoms along the boundaries of the substructure and the formation of new boundaries of the structure.