487 / 530
Актуальные проблемы в машиностроении. 2016. №3
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
487
Одним из таких перспективных методов является бороалитирование. Последовательное
или совместное насыщение бором и алюминием позволяет получить на поверхности слои с
высокой стойкостью к окислительной среде при высоких температурах и высокой
износостойкостью.
Бороалитирование осуществляют различными методами: порошковым, в обмазках и
суспензиях (шликерный), газовым, жидким [2-7]. В условиях, когда производство не серийное
или требуется обработка только отдельных участков деталей целесообразно использовать
шликерный метод, который так же позволяет совместить ХТО с последующей термической
обработкой [3].
Цель данной работы заключалась в исследовании процесса бороалитирования в
обмазках в условиях термоциклического нагрева.
Материалы и методы исследования
В работе использовали образцы из стали 20, на которые наносили обмазку, состоящую
из карбида бора, алюминия и фтористого натрия в качестве активатора. При высоких
температурах карбид бора активно взаимодействует с кислородом и образует на поверхности
стеклообразную пленку борного ангидрида, которая изолирует активную обмазку и образец от
окисления. Толщину обмазки выбирали согласно [8]: обмазка на основе карбида бора
толщиной 3 мм эффективно действует приблизительно 4 ч при температуре 930 °С. Если
температура составит 950 °С, то ее толщина должна составлять 4 - 6 мм.
Раннее авторами был установлен интервал соотношения компонентов в составе
обмазки для одновременного насыщения бором и алюминием равный (вес.%): B
4
C – 78-88; Al
– 18-8; NaF – 4 [9,10].
Бороалитирование проводили двумя способами: изотермическим и термоциклическим.
Термоциклирование осуществляли по трем режимам с 4, 8 и 16 циклами. Изотермическую
обработку проводили при 950 °С, термоциклирование осуществляли в интервале температур
650 – 950 °С, общее время процессов составляло 4 ч. Скорость нагрева и охлаждения,
определенная при помощи термопары «хромель-алюмель» и милливольтметра, составила 0,4 и
1,6 град/сек соответственно. Охлаждение между циклами проводили на воздухе.
Металлографический анализ проводили на оборудовании Института материаловедения
Технического университета г. Дрезден. Микротвердость определяли на микротвердомере
ПМТ-3М. Рентгеноспектральный микроанализ проводили на растровом электронном
микроскопе JSM-6510LV JEOL с системой микроанализа INCA Energy 350 в Центре
коллективного пользования «Прогресс» ВСГУТУ.
Жаростойкость образцов с бороалитированными слоями определяли весовым методом
по увеличению массы при T=1000 °С в течение 50 ч. (ГОСТ 6130-71 «Металлы. Методы
определения жаростойкости»). Изменение массы регистрировали на аналитических весах
через каждые 5 ч испытаний на жаростойкость.
Результаты и обсуждение
Согласно [11] при ХТО возможно образование трех типов слоев:
1. Игольчатого строения, когда в насыщающей смеси небольшое содержание
алюминийсодержащего вещества. В этом случае алюминий растворяется в небольшом
количестве в боридах железа или по стыкам боридных игл и не образует самостоятельных фаз
с железом.