Распределение хрома и вольфрама в диффузионном слое стали 35Х2Н3 при совместном термодиффузионном насыщении
Автор: Шабурова Наталия Александровна, Пашкеев Игорь Юльевич
Журнал: Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия @vestnik-susu-metallurgy
Рубрика: Металловедение и термическая обработка
Статья в выпуске: 2 т.22, 2022 года.
Бесплатный доступ
Химико-термическая обработка (ХТО) конструкционных деталей, работающих в условиях износа, трения, ударных нагрузок, позволяет получить уникальную комбинацию свойств поверхности и сердцевины изделия. Однако такие традиционные способы ХТО, как цементация и азотирование, способствуя улучшению механических характеристик поверхности, подходят не для всех видов сталей. Более эффективными с точки зрения достигаемого комплекса свойств являются методы диффузионной металлизации, в частности - термодиффузионное хромирование. В настоящее время хромирование проводится как путем насыщения металла одним элементом - хромом, так и многоэлементными смесями. В статье описана технология термодиффузионного насыщения стали 35Х2Н3 хромом и вольфрамом при температуре 1000 °С. Приводится методика анализа полученного покрытия, основанная на возможностях рентгеноспектрального микроанализа (РСМ) диффузионного слоя на поперечных микрошлифах полученных образцов. Контроль элементного состава диффузионного слоя проводили на универсальном сканирующем (растровом) электронном микроскопе JEOL JSM-6460 LV. Исследование микроструктуры осуществлялось на оптическом металлографическом микроскопе Axio Observer D1.m. Рентгенофазовый анализ проводился на диффрактометре Rigaku Ultima IV. Измерение твердости проводилось на микротвердомере FM-800 при нагрузке 100 г. Получены данные о качественном и количественном распределении хрома и вольфрама в поверхностном слое стали. Показано, что формирующееся термодиффузионное покрытие состоит из твёрдого раствора замещения на основе Cr-Fe с ОЦК-решеткой, карбидов хрома и вольфрама. Глубина внешнего покрытия на образце составила порядка 20 мкм, глубина диффузионного слоя в основном металле - 50-55 мкм. Отмечено отсутствие обезуглероженного участка в поверхностном слое основного металла. Определены средние коэффициенты диффузии хрома: в α-фазе хрома составил DCr = 3,58•10-13 м2/с; в γ-фазе железа - DCr = 2,83•10-15 м2/с. Микротвердость внешнего поверхностного слоя составила 1800-2000 HV, диффузионного слоя в основном металле - 1300-550 HV, основного металла - порядка 540-510 HV.
Термодиффузионное хромирование, коэффициенты диффузии хрома и вольфрама, строение диффузионного слоя, методика анализа
Короткий адрес: https://sciup.org/147237474
IDR: 147237474 | УДК: 669.268.6
The chromium and tungsten distribution in the diffusion layer of steel x35CrNi2-3 during thermоdiffusion saturation
Chemical-thermal treatment (CHT) of structural parts operating under conditions of wear, friction, shock loads make it possible to obtain a unique combination of surface and core properties of the product. However, such traditional CTO methods as carburizing and nitriding, while improving the mechanical characteristics of the surface, are not suitable for all types of steels. Diffusion metallization methods, in particular, thermal diffusion chromium plating, are more effective in terms of the achieved set of properties. Currently, chromium plating is carried out both by saturation of the metal with one element - chromium, and by multi-element mixtures. The article describes the technology of thermal diffusion saturation of steel X35CrNi2-3 with chromium and tungsten at a temperature of 1000 °С. A technique for analyzing the obtained coating is presented, based on the possibilities of X-ray spectral microanalysis (XMS) of the diffusion layer on transverse microsections of the obtained samples. The elemental composition of the diffusion layer was monitored using a JEOL JSM-6460 LV universal scanning (scanning) electron microscope. The microstructure was studied on an optical metallographic microscope Axio Observer D1.m. X-ray phase analysis was carried out on a Rigaku Ultima IV diffractometer. The hardness measurement was carried out on an FM-800 microhardness tester at a load of 100 g. Data were obtained on the qualitative and quantitative distribution of chromium and tungsten in the surface layer of steel. It is shown that the resulting thermal diffusion coating consists of a substitutional solid solution based on Cr-Fe with a bcc lattice, chromium and tungsten carbides. The depth of the outer coating on the sample was about 20 µm, the depth of the diffusion layer in the base metal was 50-55 µm. The absence of a decarburized area in the surface layer of the base metal was noted. The average diffusion coefficients of chromium in the α-phase of chromium were determined to be DCr = 3,58•10-13 m2/s; in the γ-phase of iron DCr = 2,83•10-15 m2/s. The microhardness of the outer surface layer was 1800-2000 HV, the diffusion layer in the base metal was 1300-550 HV, and the base metal was about 540-510 HV.
Список литературы Распределение хрома и вольфрама в диффузионном слое стали 35Х2Н3 при совместном термодиффузионном насыщении
- Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справ. / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин и др. М.: Металлургия, 1981. 424 с.
- Лахтин Ю.М. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. 256 с.
- Попов А.А. Теоретические основы химико-термической обработки стали. М.: Металлург-издат, 1962. 120 с.
- Ляхович Л.С. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Металлургия, 1981. 424 с.
- Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка стали. М.: Машгиз, 1950. 433 с.
- Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М.: Машиностроение, 1965. 493 с.
- Юодис А.П., Геллер Ю.А. Химико-термическая обработка сталей и сплавов. Минск, 1971. 90 с.
- Шатинский В.Ф., Нестеренко А.И. Защитные диффузионные покрытия. Киев: Наукова Думка, 1988. 272 с.
- Околович Г.А., Ларещева О.С. Хромирование поршневых колец // Ползуновский альманах. 2003. № 4. С. 118–120.
- Дубинин Г.Н. Диффузионное хромирование сплавов. М.: Машиностроение, 1964. 450 с.
- Шабурова Ю.Д., Шабурова Н.А., Пашкеев И.Ю. Исследование распределения хрома в диффузионном слое при хромировании стали 35Х2Н3 // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2022. Т. 22, № 1. С. 24–32. DOI: 10.14529/met220103
- Влияние параметров борохромирования на структуру стали и физико-механические свойства / А.М. Гурьев, С.Г. Иванов, Б.Д. Лыгденов и др. // Ползуновский вестник. 2007. № 3. С. 28–34.
- Галынская Н.А. Особенности технологии получения комплексных диффузионных покрытий на основе бора и хрома // Перспективы развития поверхностного и объемного упрочнения сплавов: сб. науч. тр. / под. ред. Л.Г. Ворошнина. Минск: БНТУ, 2004. С. 48–52.
- Микроструктура стали после борохромирования с микродуговым нагревом / Ю.М. Домбровский, Л.В. Давидян, А.Г. Черняк, В.И. Лысенко // Молодой исследователь Дона. 2017. № 4 (7). С. 29–31.
- Дубинин Г.Н., Корицкий В.Г., Веселовский И.М. Диффузия хрома, ванадия и марганца в поверхностные слои стали из газовой среды // Журнал технической физики. 1953. Т. 23, вып. 10. С. 1751–1760.
- Бутуханов В.А. Комбинированное упрочнение углеродистой инструментальной стали диффузионным хромованадированием и термоциклической обработкой: дис. … канд. техн. наук. Новосибирск: ВСГУТУ, 2018. 151 с.
- Шабурова Ю.Д., Шабурова Н.А., Пашкеев И.Ю. Распределение хрома и ванадия в диффузионном слое стали 35Х2Н3 при совместном термодиффузионном насыщении // Вестник ЮУрГУ. Серия «Металлургия». 2022. Т. 22, № 1. С. 13–23. DOI: 10.14529/met220102
- Прогрессивные методы химико-термической обработки / под. ред. Г.Н. Дубинина, Я.Д. Когана. М.: Машиностроение, 1979. 184 с.
- Дорогань Т.Е., Герасименко Д.В. Покрытия сплавами хрома с молибденом и вольфрамом для повышения износостойкости узлов машин // Вісн. Дніпропетр. нац. ун-ту залізн. трансп. ім. акад. В. Лазаряна. 2007. Вип. 14. С. 229–231.
- Многокомпонентные диффузионные покрытия / Л.С. Ляхович, Л.Г. Ворошнин, Г.Г. Панич, Э.Д. Щербаков. Минск: Наука и техника, 1974. 288 с.
- Павлов Л.Н. Электроосаждение Cr–C–W покрытий из водно-диметилформамидных растворов хлорида хрома (III): дис. … канд. хим. наук. М.: РХТУ им. Менделеева, 2017. 140 с.
- Диаграммы состояния двойных металлических систем: справ.: в 3 т. / под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение, 1997. Т. 2. 1024 с.
- Кубашевски О. Диаграммы состояния двойных систем на основе железа: пер. с англ. / под ред. Л.А. Петровой. М.: Металлургия, 1985. 184 с.
- Физическое металловедение / Я.С. Уманский, Б.Н. Финкельштейн, М.Е. Блантер и др. М.: Металлургиздат, 1955. 724 с.
- Рогельберг И.Л., Бейлин В.М. Сплавы для термопар: справ. М.: Металлургия, 1983. 360 с.
- Руденький С.Г. Вакуумно-активированное хромирование стали 20 в нанокристаллическом порошке // ФІП ФИП PSE. 2012. Т. 10, № 1. С. 29–35.
