Підвищення експлуатаційних властивостей деталей машин боруванням із швидкісним нагрівом СВЧ: автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук : 05.02.01 - Матеріалознавство

Abstract

У дисертаційній роботі виконана науково обґрунтована розробка технологічного комплексу зміцнення вуглецевої та легованих конструкційних сталей з поєднанням методу хіміко-термічної обробки та індукційного нагріву, що дозволило забезпечити суттєве підвищення їх поверхневої твердості, зносостійкості, не знижуючи при цьому показники ударної в’язкості. Основним завданням роботи було визначення взаємозв'язку між технологічними параметрами швидкісного нагріву СВЧ та дифузійного насичення, формуванням структури та властивостями сталей, зміцнених боруванням. При дослідженні вирішена задача впливу режимів нагріву і складу пасти, що насичує поверхню сталі бором. Представлені фотографії мікроструктур, які показують зміни морфології структури в основному у поперечному перерізі зразків. Дифузійний шар суттєво відрізняється від матричної структури в основному за рахунок формування боридів і карбоборидів, що підтверджено вимірюванням мікротвердості. Додатково, на складних за морфологією структурах борованих шарів при швидкісному нагріві, проводились дослідження фазового складу і розподіл елементів у мікрооб’ємі. Встановлено, що при умовах нестаціонарного нагріву формуються структури, які суттєво відрізняються від структур традиційних борованих шарів. Вони можуть мати дендритну будову, складатись з ізольованих боридів і карбоборидів у твердому розчині бору в залізі тощо. Встановлено, що відсутність суцільного шару боридів хоча і зменшує мікротвердість шару, але сприяє підвищеній зносостійкості в умовах відсутності сколювання.

The aim of the study is to implement a technology that combines diffusion saturation with high-speed surface treatment to intensify the process of obtaining hardened borated layers. In the dissertation work, a scientifically substantiated development of a hardening complex for carbon and alloy structural steels with a combination of the method of chemicalheat treatment and induction heating was carried out, which made it possible to ensure a significant increase in their surface hardness, wear resistance without reducing the impact strength. Experimental studies were carried out on the basis of a detailed study of the effect of high-speed heating modes on the structure and phase composition of steels after boriding. To ensure effective hardening, the selection of borating modes and the composition of saturating pastes were carried out. The materials selected for experiments are available and reflect a wide range of basic grades of ferrite-pearlitic, martensitic, austenitic steels. In the course of the experiments, the conditions were selected for the implementation of accelerated boriding under the conditions of furnace heating without using special equipment. The total boriding time has been reduced from 8 to 3 hours. The possibility of the formation of a less brittle single-phase boride layer is shown. On austenitic steel, the possibility of the formation of a "boride-free" boron layer with continuous and intergranular diffusion is shown. The main task of the work was to determine the relationship between the technological parameters of high-speed heating of high-frequency current and diffusion saturation, the formation of the structure and properties of steels strengthened by borating. The study solved the problem of the influence of heating modes and the composition of the paste saturating the steel surface with boron. The photographs of microstructures are presented, which show changes in the morphology of the structure mainly in the cross section of the samples. The diffuse layer differs significantly from the matrix structure mainly due to the formation of borides and carboborides, which is confirmed by measuring the microhardness. Additionally, studies of the phase composition and the distribution of elements in microvolumes were carried out on structures of borated layers with complex morphology under high-speed heating. It was found that under conditions of non-stationary heating, the structures formed differ significantly from the structures of traditional armored layers. They can have a dendritic structure, consist of isolated borides and carboborides in a solid solution of boron in iron, and the like. It has been established that the absence of a continuous boride layer, although it reduces the microhardness of the layer, contributes to increased wear resistance in the absence of chipping.