БОРИРОВАНИЕ СТАЛИ 3Х2В8Ф ДИФФУЗИОННЫМ И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВЫМ ЛЕГИРОВАНИЕМ: EKKYZZ

Ундрах Лхагвасуренович Мишигдоржийн; Павел Анатольевич Гуляшинов; Степан Алексеевич Лысых; Николай Сергеевич Улаханов; Павел Владимирович Москвин; Максим Сергеевич Воробьев

doi:10.25712/ASTU.2072-8921.2024.04.022

Авторы

Ундрах Лхагвасуренович Мишигдоржийн Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-7863-9045
Павел Анатольевич Гуляшинов Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Байкальский институт природопользования Сибирского отделения Российской академии наук (БИП СО РАН) https://orcid.org/0000-0001-6776-9314
Степан Алексеевич Лысых Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-1421-5251
Николай Сергеевич Улаханов Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-0635-4577
Павел Владимирович Москвин Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) https://orcid.org/0000-0002-5240-9970
Максим Сергеевич Воробьев Институт сильноточной электроники Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭ СО РАН) https://orcid.org/0000-0001-5136-5905

DOI:

https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.04.022

Ключевые слова:

электронно-пучковое легирование, диффузионное легирование, борирование в пастах, бориды, легированная сталь, микроструктура, микротвердость, пластичность.

Аннотация

Аннотация. Требуемые теплофизические и механические свойства металлических изделий могут быть обеспечены за счет формирования на их поверхности защитных борсодержащих покрытий и диффузионных слоев. В настоящей работе проведено сравнительное исследование двух процессов нанесения боридного слоя на поверхность легированной стали 3Х2В8Ф – диффузионного борирования (ДБ) и электронно-пучкового легирования (ЭПЛ). В обоих случаях в качестве источника бора применяли пасты на основе карбида бора. Диффузионное борирование проводили в течение 2 часов при температуре 1050 °C в насыщающих пастах. Электронно-пучковое легирование проводили на базе модернизированного источника электронов с плазменным катодом на основе дугового разряда низкого давления. Ток разряда изменяли в течение импульса длительностью 1 мс, в пределах 30 – 110 А таким образом, чтобы температура на поверхности образца через 200 мкс после начала воздействия удерживалась ~2000 °C. Поверхность образцов подвергали двенадцати импульсам воздействия, интервал времени между которыми составлял 3 секунды. В результате ДБ на поверхности стали 3Х2В8Ф получены боридные слои толщиной до 60 мкм. После ЭПЛ толщина слоя в два раза выше и достигает 130 мкм. Установлено, что после ДБ и ЭПЛ на поверхности стали формируются бориды железа Fe₂B и FeB. Максимальная микротвердость боридных слоев составила 1120 HV и 1015 HV на после ДБ и ЭПЛ соответственно. Легирование электронным пучком приводит к формированию более протяженного по глубине боридного слоя за короткий промежуток времени. При этом фазовый состав идентичен слою после ДБ, а микротвердость слоев после обоих процессов сопоставима.

Библиографические ссылки

Ворошнин, Л.Г. Теория и технология химико-термической обработки: учеб.пособие / Л.Г. Ворошнин, О.Л. Менделеева, В.А. Сметкин. - М.: Новое знание, 2010. – 304 с.

Atul S.C., Adalarasan R., Santhanakumar M. Study on slurry paste boronizing of 410 marten-sitic stainless steel using taguchi based desira-bility analysis (TDA) // International Journal of Manufacturing, Materials, and Mechanical Engi-neering. – 2015. – Vol 5. – P. 64–77.–DOI: 10.4018/IJMMME.2015070104.

Nakajo H, Nishimoto A. Boronizing of CoCrFeMnNi High-Entropy Alloys Using Spark Plasma Sintering // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2022. – Vol. 6. – 29. – DOI: 10.3390/jmmp6020029.

Цих С.Г., Красуля А.А. Инновации в процес-сах борирования. Арматуростроение. 2021. № 5 (134). С. 54-59.

Raden Dadan Ramdan, Tomohiro Takaki, Kisaragi Yashiro, Yoshihiro Tomita, The Effects of Structure Orientation on the Growth of Fe2B Boride by Multi-Phase-Field Simulation, MATE-RIALS TRANSACTIONS, 2010, Volume 51, Issue 1, Pages 62-67, 2009, https://doi.org/10.2320/matertrans.M2009227

Mertgenç, E., Kayali, Y., 2023. Diffusion kinetics and boronizing of high entropy alloy produced by TIG melting reverse suction method. Canadi-an Metallurgical Quarterly 62, 362–371. DOI: 10.1080/00084433.2022.2082203.

Sizov I.G., Smirnyagina N.N., Semenov A.P. The structure and properties of boride layers ob-tained as a result of electron-beam chemical-thermal treatment. Metal Science and Heat Treatment, 2001, vol. 11, pp. 45–46.

Повышение электрической прочности уско-ряющего зазора в источнике электронов с плазменным катодом / В. И. Шин, П. В. Моск-вин, М. С. Воробьев, В. Н. Девятков, С. Ю. Дорошкевич, Н. Н. Коваль // Приборы и тех-ника эксперимента. – 2021. – № 2. – С. 69-75. – DOI: 10.31857/S0032816221020191.

Разработка физических основ комплексного электронно-ионно-плазменного инжиниринга поверхности материалов и изделий / Ю.Ф. Иванов, Н.Н. Коваль, Е.А. Петрикова, О.В. Крысина, В.В. Шугуров, Ю.Х. Ахмадеев, И.В. Лопатин, А.Д. Тересов, О.С. Толкачев Гл. 1. - С. 5-35. // Наукоемкие технологии в проектах РНФ. Сибирь / под ред. С.Г. Псахье, Ю.П. Шаркеева. – Томск: Изд-во НТЛ. – 2017. – 428 c. ISBN 978-5-89503-607-5.

Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. – Томск: Изда-тельство НТЛ, 2016. – 298 с. ISBN 978-5-89503-577-1.

Devyatkov V. N. Generation and propagation of high-current low-energy electron beams / V. N. Devyatkov, N. N. Koval, P. M. Schanin [et al.] // Laser and Particle Beams. – 2003. – Vol. 21, No. 2. – P. 243-248. – DOI 10.1017/S026303460321212X.

Григорьев С.В. Электронно-пучковая уста-новка "СОЛО-М" для модификации поверхно-сти металлических и металлокерамических материалов // С. В. Григорьев, В. Н. Девят-ков, А. В. Миков [и др.] // Известия вузов. Фи-зика. – 2014. – Т. 57, № 11-3. – С. 58-62.

Devyatkov V. N. Equipment and processes of vacuum electron-ion plasma surface engineering / V. N. Devyatkov, Y. F. Ivanov, O. V. Krysina [et al.] // Vacuum. – 2017. – Vol. 143. – P. 464-472. – DOI 10.1016/j.vacuum.2017.04.016.

Шин В. И. Широтная и амплитудная модуля-ция тока пучка для управления его мощно-стью в течение импульса субмиллисекундной длительности / В. И. Шин, М. С. Воробьев, П. В. Москвин [и др.] // Известия вузов. Физика. – 2022. – Т. 65, № 11(780). – С. 176-184. – DOI 10.17223/00213411/65/11/176.

Оценка структурно-фазового и напряженного состояния диффузионных боридных слоев, полученных химико-термической обработкой, на поверхности штамповой стали 3Х2В8Ф / У.Л. Мишигдоржийн, Н.С. Улаханов, А.Г. Ти-хонов, П.А. Гуляшинов // Обработка метал-лов (технология, оборудование, инструмен-ты). – 2021. – Т. 23, № 2. – С. 147–162. – DOI:10.17212/1994-6309-2021-23.2-147-162.