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