488 / 530
Actual Problems in Machine Building. 2016. N 3
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
488
2. Конгломератного строения, состоящих из боридных и алюминидных фаз. Бориды
неправильной формы беспорядочно располагаются в алитированной части слоя. Основу таких
слоев последовательно составляют алюминиды железа: Fe
2
Al
5,
FeAl
3
, FeAl, Fe
3
Al и α-твердого
раствора алюминия в железе и бориды железа FeB и Fe
2
B.
3. С преимущественно алитированной составляющей: α-твердого раствора алюминия в
железе и алюминидов железа, чаще всего Fe
2
Al
5
. Бориды железа располагаются в виде цепочек
кристаллов в переходной зоне между диффузионным слоем и основом металлом.
После обработки в смеси состава (вес.%): B
4
C – 78, Al – 8 и NaF – 4, были получены
бороалитированные слои, которые можно отнести ко второму и третьему типу (рис.1).
Кристаллы игольчатой формы расположены в нижней и верхней части слоя. Причем,
кристаллы в верхней части слоя ориентированы под разными углами относительно
направления диффузии, а кристаллы на границе слой-основа - в направлении диффузии.
Рис. 1.
Микроструктуры бороалитированных слоев на стали 20: а) изотермический нагрев,
б) термоциклирование (4 цикла), в) термоциклирование (8 циклов), г) термоциклирование
(16 циклов).
При проведении качественного и количественного анализа диффузионного слоя было
установлено, что максимальное содержание бора в игольчатых кристаллах составляет около
17% после изотермической обработки. После обработки по режиму с 4 циклами - в среднем
12%, минимальное содержание бора в кристаллах наблюдается после обработки по режиму с 8
циклами и соответствует 4,8%, после обработки по режиму с 16 циклами среднее значение
содержания бора составило 9,5%. Известно что, содержание бора в боридах железа составляет
16,23% (FeB) и 8,83% (Fe
2
B) [12].
Содержание алюминия на поверхности слоя после различных обработок отличается.
Так, после изотермической обработки оно составляет 5,6%Al, после обработки по режиму с 4
циклами – 3,1%Al, после обработок по режимам с 8 и 16 циклами – 6,5-6,8%. Далее, по мере
удаления от поверхности концентрация алюминия плавно снижается.
В целом, увеличение количества циклов приводит к линейному снижению толщины
диффузионного слоя со 120 мкм при изотермическом бороалитировании до 60 мкм при
термоциклировании с 16 циклами. Это связано с уменьшением суммарного времени при
температуре насыщения (950°С) во время термоциклирования.
Микроструктура основного металла различается по величине зерна в зависимости от
обработки. Балл зерна после изотермического бороалитирования соответствуют номеру 3,
согласно ГОСТ 5639-82. После термоциклического бороалитирования по всем режимам балл
зерна соответствует номерам 6 и 7.
Микротвердость слоя в алитированной части на стали 20 при изотермическом и
термоциклическом режиме с 4 циклами составляет 450-500 HV0.05, что соответствует
а)
б)
в)
г)