ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА, МАРГАНЦА И  КРЕМНИЯ В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ НА ПАРАМЕТРЫ  ДИФФУЗИИ ПРИ БОРИРОВАНИИ: HSLCXM

Сергей Геннадьевич  Иванов; Михаил Алексеевич  Гурьев; Сергей Анатольевич   Земляков; Михаил Николаевич  Зенин; Алексей Михайлович  Гурьев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.024

Авторы

Сергей Геннадьевич Иванов Инновационный центр современных текстильных технологий (Лаборатория Цзяньху) https://orcid.org/0000-0002-5965-0249
Михаил Алексеевич Гурьев Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова https://orcid.org/0000-0002-9191-1787
Сергей Анатольевич Земляков Уханьский текстильный университет
Михаил Николаевич Зенин Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова https://orcid.org/0000-0003-3772-0987
Алексей Михайлович Гурьев Уханьский текстильный университет https://orcid.org/0000-0002-7570-8877

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2025.01.024

Аннотация

В работе приведены систематизированные статистические данные о влиянии содержания углерода и основных легирующих элементов (кремний и марганец) на параметры диффузии и толщину боридного слоя для большинства используемых в промышленности марок углеродистых сталей, начиная с малоуглеродистой стали 15 и заканчивая заэвтектоидными инструментальными сталями до У10 включительно. Насыщение поверхности сталей бором проведено при температурах 850, 950 и 1050 ºС в ранее разработанной и запатентованной оригинальной насыщающей среде. Показано, что повышение содержания углерода в реальных сталях приводит к понижению энергии активации диффузии бора. Согласно проведенному исследованию, снижение энергии активации носит не монотонный характер и зависит прежде всего от содержания углерода, максимальная скорость снижения энергии активации диффузии бора наблюдается в интервале концентраций углерода от 0,45 до 0,60 масс. %. Сравнение полученных данных с данными других исследователей показало высокую сходимость полученных значений энергии активации. Определенный в этой работе «коридор» возможных значений, которые может принимать функция энергии активации на различных марках углеродистой стали в зависимости от содержания углерода, кремния и марганца, имеет перспективы использования в практической работе с целью прогнозирования толщины диффузионного боридного слоя. Это позволит прогнозировать эксплуатационные характеристики борированных деталей, а также подбирать материал детали и оптимизировать процесс борирования с целью получения оптимального соотношения «цена–качество» применительно к готовым упрочненным деталям

Библиографические ссылки

Davis J.R. Bonding. Surface Hardening of Steels - Under-standing the Basics, 1st ed. ASM International: Novelty, OH, USA, 2002. 349 p.

Ghalehbandi S.M., Biglari F. Predicting damage and fail-ure under thermomechanical fatigue in hot forging tools // Engineer-ing Failure Analysis. 2020. V. 113. P. 104545. https://doi.org/ 10.1016/j.engfailanal.2020.104545.

Advances in Ceramic Armor XI: A Collection of Papers Presented at the 39th International Conference on Advanced Ceram-ics and Composites / Editor: Jerry C. La Salvia, 15.10.2015. 147 p. DOI: 10.1002/9781119211549.

Ворошнин Л.Г. Многокомпонентные диффузионные покрытия. Минск : Наука и техника, 1981. 296 с.

ASM International Handbook Comitee. ASM Handbook. Volume 5. Surface Engineering. 1994. 2535 р.

Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин [и др.]. Москва : Металлургия, 1981. 424 с.

Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов. Минск : Наукова думка, 1981. 205 с.

Kulka M., Pertek A., Klimek L. The influence of carbon con-tent in the borided Fe-alloys on the microstructure of iron borides // Materials Characterization. 2006. Vol. 56. № 3. P. 232–240. DOI: 10.1016/j.matchar.2005.11.013.

Мельник П.И. Диффузионное насыщение железа и твердофазные реакции в сплавах. Москва : Металлургия, 1993. c128.

Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей: пат. 2345175 Рос. Федерация №20070403, заявл. 03.04.2007; опубл. 27.01.2009. Бюл. № 3. 7 с.

Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах. М. : Металлур-гия, 1978. 248 с.

Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термодинамика. Пер. с англ. Москва : Бином. Лаборатория знаний, 2010. 533 с.

Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А. Введение в физи-ку поверхности. Москва : Наука, 2006. 490 с.

Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. 3-е изд. Москва : Высшая школа, 2000. 494 с.

Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долго-прудный: ИД "Интеллект", 2008. 568 с.

ASM International Handbook Committee. ASM Hand-book. Volume 4. Heat Treating. 1991. 2173 p.

Физические основы термоциклического борирова-ния сталей / Гурьев А.М. [и др.]. Барнаул, АлтГТУ, 2000. 216 c.

Влияние содержания углерода в стали на параметры диффузии бора и толщину диффузионного покрытия при борировании / Гурьев М. А. [и др.] // Вестник Сибирского госу-дарственного индустриального университета. 2024. Т. 49. № 3. С. 95–106.

Pack-boriding of low alloy steel: microstructure evolution and migration behaviour of alloying elements / A. K. Litoria [et al.] // Philosophical Magazine. 2019. DOI: 10.1080/14786435.2019. 1680890.

Guerri Y.El., Mebarek B., Keddam M. Confrontation of line-ar versus nonlinear approach in Fe2B boridelayer thickness predic-tions // Zastita Materijala 2024. V. 65. № 1. P. 97–109.

Bouarour B., Keddam M., Boumaali B. Growth kinetics of diiron boride (Fe2B) layer on a carbon steel by four approaches // Koroze a Ochrana Materialu. 2022. Vol. 66. № 1. P. 1–6.

El G.Y., Mebarek B., Keddam M. Impact of the diffusion co-effi-cient calculation on predicting Fe2B boride layer thickness // Koroze a Ochrana Materialu. 2022. Vol. 66. № 1. P. 25–35.

Evaluating the Corrosion Behaviour of Borided Carbon Steel C35 / Kaouka A. [et al.] // Materials Research. 2022. V. 25. P. 37–44.

Türkmen I., Yalamaç E., Boumaali B. Investigation of tribo-logical behaviour and diffusion model of Fe2B layer formed by pack-boriding on SAE 1020 steel // Surface and Coatings Technology. 2019. V. 377. p. 124888.

Türkmen I., Yalamaç E. Growth of the Fe2B layer on SAE 1020 steel employed a boron source of H3BO3 during the powder-pack boriding method // Journal of Alloys and Compounds. 2018. V. 744. P. 658–666.

Kaouka A., Allaoui O., Keddam M. Growth kinetics of the boride layers formed on SAE 1035 steel // Materiaux et Techniques. 2014. V. 101. № 7. P. 705.

Şen Ş., Şen U., Bindal C. An approach to kinetic study of borided steels // Surface and Coatings Technology. 2005. V. 191. № 2–3. P. 274–285.

Brakman C.M., Gommers A.W.J., Mittemeijer E.J. Boriding of Fe and Fe–C, Fe–Cr, and Fe–Ni alloys; Boride-layer growth kinet-ics // Journal of Materials Research. 1989. V. 4. № 6. P. 1354–1370.

Kinetic Analysis of Pack-Borided Gray Cast Iron / Azouani O. [et al.] // Materials Performance and Characterization. 2021. V. 10. № 1. P. 20200176.

Boronizing mechanism of cemented carbides and their wear resistance / Lin G. [et al.] // Intern. J of Refractory Metals and Hard Materials. 2013. V. 41. P. 351‒355. DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2013.05.008.

Delai O., Xia C., Shiqiang L. Growth kinetics of the FeB/Fe2B boride layer on the surface of 4Cr5MoSiV1 steel: experi-ments and modelling // J. of Materials Research and Technology. 2021. V. 11. P. 1272–1280.

Mathew M., Rajendrakumar P. Optimization of process pa-rameters of boro-carburized low carbon steel for tensile strength by Taquchi method with grey relational analysis // Materials & Design. 2011. V. 32. P. 3637–3644.

Pertek A., Kulka M. Two-step treatment carburizing fol-lowed by boriding on medium-carbon steel // Surface and Coatings Technology. 2003. V. 173. Р 309–314. DOI: 10.1016/j.optlastec. 2011.11.016.

FeB/Fe2B phase transformation during SPS pack-boriding: Boride layer growth kinetics / Yu L. [et al.] // Acta Materialia. 2005. V. 53. Р. 2361l‒2368. DOI: 10.1016/j.actamat.2005.01.043.