Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,686

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО СЕЧЕНИЮ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ПРИ НАСЫЩЕНИИ В СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФЕРРОСПЛАВЫ ВАНАДИЯ И ХРОМА

Лыгденов Б.Д. 2, 1 Гурьев А.М. 2, 3
1 ФГБОУ ВО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления»
2 Уханьский текстильный университет
3 ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»
Настоящая работа посвящена исследованию диффузионного слоя, полученного методом химико-термической обработки. Фазовый состав диффузионного слоя во многом предопределяет его функциональные свойства. При этом важно, что в зависимости от условий эксплуатации, при химико-термической обработке возможно прогнозируемое формирование диффузионного слоя с необходимым фазовым составом. Анализ проведенных структурных исследований с использованием методов световой и электронной микроскопии, а также рентгенофазового анализа, позволил установить следующее: состав и структура исследованных диффузионных слоев зависят от количественного соотношения феррохрома и феррованадия в насыщающей смеси; при одновременном насыщении в порошках феррохрома и феррованадия на стали У8А формируются карбиды (Cr, Fe)7С3 и VC; при увеличении содержания феррованадия в смеси наблюдается увеличение толщины участка карбида ванадия VC и уменьшение толщины участка карбида хрома (Cr, Fe)7C3.
диффузия
фазовый состав
карбиды
феррохром
феррованадий
структура
1. Гурьев М.А. Перспективные методы получения упрочняющих покрытий / М.А. Гурьев, Е.А. Кошелева, А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, О. Галаа. – Барнаул, 2016. – 182 с.
2. Лыгденов Б.Д. Химико-термоциклическая обработка углеродистой стали в смеси содержащей феррованадий / Б.Д. Лыгденов, В.А. Бутуханов, Б.С. Цыдыпов, Ш. Мэй. В книге: Эволюция дефектных структур в конденсированных средах сборник тезисов XIV Международной школы-семинара (ЭДС-2016). – 2016. – С. 204–209.
3. Бутуханов, В.А. Оптимизация состава для получения карбидных диффузионных слоев с максимальной износостойкостью / В.А. Бутуханов, Б.С. Цыдыпов, Ш. Мэй, Б.Д. Лыгденов //В сборнике: Перспективы развития технологий обработки и оборудования в машиностроении. Сборник научных статей Международной научно-практической конференции / Отв. ред. А.А. Горохов. – 2016. – С. 32–35.
4. Бутуханов, В.А. Влияние состава насыщающих порошковых сред на структуру и свойства диффузионных карбидных слоев / В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 2 (71). – С. 80–86.
5. Бутуханов, В.А. Диффузионные карбидные покрытия на стали У8А / В.А. Бутуханов, Б.Д. Лыгденов // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2016. – № 3. – С. 414–418.
6. Гурьев, А.М. Совершенствование технологии химико-термической обработки инструментальных сталей / А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2009. – № 1. – С. 14–15.
7. Гурьев, М.А. Технология нанесения многокомпонентных упрочняющих покрытий на стальные детали / М.А. Гурьев, Д.С. Фильчаков, И.А. Гармаева, С.Г. Иванов, А.М. Гурьев, Г.А. Околович // Ползуновский вестник. – 2012. – № 1–1. – С. 73–78.
8. Sizov, I. G. The Study of Boroaluminizing in Pastes under Thermocycling and Laser Heating / I. G. Sizov, I. P. Polyansky, U. L. Mishigdorzhiyn // Advanced Materials Research, 2014, – 1040, 907–911.
9. Sizov, I. G. Boroaluminized Carbon Steel. Encyclopedia of Iron, Steel, and Their Alloys / I. G. Sizov, U. L. Mishigdorzhiyn, I. P. Polyansky // Taylor and Francis: New York. Published online: 30 Mar 2016. – 346–357.
10. Гурьев, М.А. Технология нанесения многокомпонентных упрочняющих покрытий на стальные детали / М.А. Гурьев, Д.С. Фильчаков, И.А. Гармаева, С.Г. Иванов, А.М. Гурьев, Г.А. Околович // Ползуновский вестник. – 2012. – № 1–1. – С. 73–78.
11. Гурьев, A.M. Интенсификация процессов химико-термической обработки металлов и сплавов / A.M. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова // Фундаментальные исследования. -2008. – № 8. – С. 10.
12. Лыгденов, Б.Д. Термоциклирование. Структура и свойства / Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хараев, А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев. – Барнаул, – 2014. – 251 с.
13. Гурьев, А.М. Влияние циклического теплового воздействия на формирование структуры и фазового состава диффузионных боридных слоев инструментальных сталей / А.М. Гурьев, А.Д. Грешилов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. – 2009. Т. 6. – № 3. – С. 70–84.
14. Гурьев, А.М. О разработке высокоэффективной технологии термического упрочнения инструментальных сталей / А.М. Гурьев // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2000. – № 2. – С. 25.
15. Зобнев, В.В. Технологические основы создания износостойкого инструмента / В.В. Зобнев, С.Г. Иванов, А.М. Гурьев, А.М. Марков // Ползуновский альманах. – 2012. – № 1. – С. 271–273.

В предыдущих исследованиях рассматривались различное соотношение компонентов в смеси при химико-термической обработке [1–7]. Формирование фазового состава диффузионного слоя зависит от многих факторов. Систематизация полученных результатов позволяет регулировать физико-механические свойства диффузионных покрытий согласно предъявляемым требованиям к деталям, в зависимости от условий эксплуатации [8–15].

При одновременном насыщении в смеси содержащей ферросплавы ванадия и хрома кинетика формирования диффузионного слоя в зависимости от пропорционального содержания компонентов существенно изменяется. Во-первых, формируется диффузионный слой, состоящий из двух зон. Во-вторых, в верхней части располагается зона карбида хрома, а ниже – зона карбида ванадия (см. рис. 1). Повышение содержания феррованадия на 25 % и соответственно, уменьшения содержания феррохрома в смеси приводит к увеличению толщины зоны карбида ванадия и уменьшению зоны карбида хрома.

lug1.tif

Рис. 1. Микроструктура диффузионного слоя после насыщения в смеси в смеси содержащей феррохром и феррованадий. Соотношение компонентов 50:50

lug2.tif

Рис. 2. Распределение элементов по поверхности микрошлифа после диффузионного насыщения образца в смеси при соотношении компонентов 75 % (феррованадий): 25 % (феррохром). Изображения получены во вторичных электронах (а) и в характеристическом излучении углерода (б), хрома (в), ванадия (г) и железа (д)

lug3.tiff

Рис. 3. Распределение элементов по линии сканирования: а – линия сканирования на поверхности шлифа; б – распределение элементов вдоль линии сканирования

Как видно из EDX-карт (энергодисперсионный анализ) распределения химических элементов диффузионного слоя при насыщении в пропорции 75 % (феррованадий):25 % (феррохром) (см. рис. 2), а также распределения элементов по сечению слоя, формирующийся диффузионный слой идентичен по строению со слоем после насыщения в смеси в соотношении 50 %:50 %. Но, объемная доля карбида ванадия гораздо выше, чем карбида хрома.

Внешний участок карбида хрома состоит из 52 вес. % хрома, 12 вес. % ванадия и 26 вес. % железа. Прилегающей к переходной зоне участок карбида ванадия содержит 75,7 вес. %, в котором растворено 8 вес. % хрома. Результаты элементного анализа приведены на рисунке 4 и в таблице.

lug4.tiff

Рис. 4. Микроструктура образца после насыщения в смеси содержащей феррованадий и феррохром в соотношении 75 %:25 % с точками набора спектров

Элементный состав в анализируемых точках

%

Спектр

Элементный состав

C

Si

V

Cr

Fe

Ат. вес.

1

29,5

8,7

 

9,9

12,4

41,1

52,4

19,3

26,4

Ат. вес.

2

43

13,8

 

51,1

75,7

5,1

8,5

0,7

1,8

Ат. вес.

3

28,4

7,9

0,6

0,4

1,2

1,4

2,6

3,1

67,1

87

Ат. вес.

4

29,2

8,1

0,5

0,3

0,2

0,2

0,4

0,5

69,6

90,7

lug5.tif

Рис. 5. Рентгенограмма поверхности образца из стали У8А после насыщения в смеси содержащей феррованадий и феррохром в соотношении 75 %:25 %

В слое данного состава с использованием методов рентгенофазового анализа зафиксированы фазы (Cr, Fe)7C3 и VC.

Анализ проведенных структурных исследований с использованием методов световой и электронной микроскопии, а также рентгенофазового анализа, позволил установить следующее:

Состав и структура исследованных диффузионных слоев зависят от количественного соотношения феррохрома и феррованадия в насыщающей смеси.

При одновременном насыщении в порошках феррохрома и феррованадия на стали У8А формируются карбиды (Cr, Fe)7С3 и VC.

При увеличении содержания феррованадия в смеси наблюдается увеличение толщины участка карбида ванадия VC и уменьшение толщины участка карбида хрома (Cr, Fe)7C3.


Библиографическая ссылка

Лыгденов Б.Д., Гурьев А.М. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПО СЕЧЕНИЮ ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ПРИ НАСЫЩЕНИИ В СМЕСИ, СОДЕРЖАЩЕЙ ФЕРРОСПЛАВЫ ВАНАДИЯ И ХРОМА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 12-1. – С. 31-35;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=10766 (дата обращения: 17.07.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252