Поверхностное упрочнение при сильноэкзотермическом взаимодействии химических реагентов бора и кремния в конденсированной фазе

Анотація

Цель работы. Повышение эксплуатационных свойств деталей и инструмента методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.

Методы исследования. Стандартное испытание на износ.

Полученные результаты. Изучены условия повышения эксплуатационных свойств деталей и инструмента при использовании сильноэкзотермического взаимодействия химических реагентов в конденсированной фазе. В работе представлены результаты исследования работоспособности поверхности деталей, модифицированных методом СВС, а также влияния последующей термической обработки на износостойкость опытных образцов и пары трения в целом. Установлено, что метод СВС позволяет путем подбора соответствующего состава шихты и инициирования реакции горения с выделением большого количества теплоты значительно сократить время процесса при формировании поверхности достаточно высокого качества. Основными упрочняющими фазами являются карбиды и бориды хрома. Карбидная фаза в покрытии сталей представлена дисперсными карбидами хрома типа Сr₂₃С₆ (с микротвердостью 9900–11300 МПа). В покрытии на чугунах вследствие более высокого содержания углерода присутствуют более твердые карбиды Сr₇С₃ (с микротвердостью 16200–19300 МПа), а также бориды CrB (с микротвердостью более 20000 МПа). Наибольшей износостойкостью обладают упрочненные образцы, легированные 11 % Сr. В силу того, что хром входит в состав хромистой составляющей, которая отвечает за температурный фактор, то дальнейшее увеличение содержания хрома (при содержании ХС 22 %) в данной технологии не представляется возможным. Введение бора в шихту способствует равномерному распределению мелкодисперсных карбидов по сечению слоя и является активным аустенизатором. Наружный борированный диффузионный слой представляет собой FeB, а внутренний – Fe₂B. При такой технологии на поверхности исследуемых образцов формируются достаточно однородные слои с эффективной глубиной 150–200 мкм, которые представляют собой высокодисперсную структуру с равномерным распределением частиц упрочняющих фаз. При всех типах износа карбидная фаза должна отличаться минимальным размером, компактной структурой, максимальной твердостью. В результате показано что хром, используемый в качестве обязательного экзотермического реагента для инициации СВС-процесса в количестве 11 % масс, приводит к увеличению износостойкости поверхности в 2,4–2,7 раз по отношению к неупрочненному материалу благодаря образованию твердых фаз из карбидов и боридов хрома.

Научная новизна. В результате показано, что хром, используемый в качестве обязательного экзотермического реагента для инициации СВС-процесса в количестве 11% масс, приводит к увеличению износостойкости поверхности в 2,4–2,7 раз по отношению к неупрочненному материалу благодаря образованию твердых фаз из карбидов и боридов хрома.

Практическая ценность. Одним из преимуществ СВС – технологии является возможность получения многокомпонентных композиций в одну стадию: формирование как простых, так и сложнолегированных соединений. Установлено, что метод СВС позволяет путем подбора соответствующего состава шихты и инициирования реакции горения с выделением большого количества теплоты значительно сократить время процесса (как правило, не более 1 ч) при формировании поверхности достаточно высокого качества.