Износостойкие боридные покрытия, полученные на конструкционных и легированных сталях с использованием ТВЧ-нагрева

• Автор: Мишустин, Никита Михайлович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 198 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Глава 1 Боридные покрытия в машностроении: получение, структура, свойства
1.1 Химико-термическая обработка, технологии получения, структура и свойств боридных покрытий
1.2 Перспективные процессы и современные технологии бориро-вания стали
1.3 Интенсификация процессов борирования
1.4 Влияние физических, физико-химических, технологических факторов, состояния поверхности и состава сталей на борирова-ние, состав и структуру образующихся покрытий
1.5 Исследование фундаментальных основ процессов борирования стали
1.6 Исследование свойств боридных покрытий, полученных на углеродистых и легированных сталях
1.7 Перспективы исследований боридных покрытий и вопросы их применения в сельхозмашиностроении
Глава 2 Обьекты, методы и методики исследований
2.1 Объекты исследований
2.2 Изготовление образцов
2.3 Настройки ТВЧ-генератора и методика индукционного нагрева образцов
2.4 Методика борирования с использованием ТВЧ-нагрева
2.5 Исследование структуры и фазового состава покрытий
2.6 Методики полевых опытов
2.7 Статистическая обработка результатов наблюдений и построение моделей
Глава 3 Получение, исследование состава, струтуры и свойств из-носостоких боридных покрытий на конструкционных и легированных сталях с использовнием ТВЧ-нагрева
3.1 Термодинамическое исследование возможных реакций между компонентами борирующего состава и железом стали
3.2 Кинетическое исследование борирования с использованием ТВЧ-нагрева

3.3 Влияние состава борирующей смеси борирования различных
сталей, с использованием ТВЧ-нагрева
3.4 Влияние углерода и легирующих элементов на структуру бо-ридных слоев, полученных на сталях с использованием ТВЧ-нагрева
3.5 Химический и фазовый состав боридных покрытий
3.6 Структура боридных покрытий, полученных с использованием ТВЧ-нагрева стали 65Г, из различных борирующих смесей и
на различных режимах ТВЧ-нагрева
3.7 Физико-механические свойства боридных покрытий, полученных на стали 65Г из различных составов борирующих смесей
Глава 4 Оптимизация режимов борирования с использованием ТВЧ-нагрева 13В
4.1 Кодирование и оптимизация технологических факторов при борировании с использованием ТВЧ-нагрева стали 65 Г
4.2 Математическая модель борирования с использованием ТВЧ-нагрева для стали 65Г
Глава 5 Испытание поверхностно упрочнённых стрельчатых лап почвообрабатывающих орудий сельскохозяйственной техники
5.1 Исследование влияния конструкции упрочняющего покрытия и борирующей смеси на износостойкость СЛ эксплуатируемых в
составе посевного комплекса в 2010 г
5.2 Сравнительное исследование износа почвообрабатывающих органов в условиях рядовой эксплуатации в2011 г
Основные результаты и выводы
Список использованной литературы
Приложения 1 2

ВВЕДЕНИЕ
В современном машиностроении для поверхностного упрочнения конструкционных и легированных сталей и различных деталей широко применяют методы создания различных износостойких покрытий из функциональных материалов (напыление порошковых сплавов, керамики и термостойких полимеров, гальваническое осаждение одно- и многокомпонентных металлических и композиционных слоев, плакирование и получение биметалла, индукционная наплавка твердых сплавов и пр.).
Одним из наиболее эффективных и простых методов поверхностного упрочнения стальных деталей, используемых на заключительных стадиях механической обработки и легко совмещаемых с термической обработкой материала, является химико-термическая обработка (ХТО), заключающаяся в одновременном воздействии на стальную поверхность температурных градиентов и веществ, химически реагирующих с материалом детали. При ХТО на поверхности металла образуются различные функциональные покрытия, преимущественно диффузионной природы, содержащие как неметаллические (С, И, Б, Бд Р, В), так и металлические (Сг, Тц А1, № и др.) элементы в различных фазовых состояниях, а также продукты их взаимодействия с основным материалом детали (карбиды, нитриды, карбонитриды, интерметаллиды и пр.). Но если такие виды ХТО, как цементация, азотирование и карбо-нитрация, а также их совмещенные варианты, уже прочно вошли в арсенал машиностроительных предприятий, а состав, структура, свойства и технологии получения износостойких покрытий этими методами исследуются материаловедами уже более 100 лет, то процессы насыщения поверхностного слоя конструкционных и легированных сталей бором и получения соответствующих износостойких боридных покрытий все еще недостаточно исследованы.
Потенциально эти покрытия обладают одной из самых высоких твердостью (НУ 1800 - 2500), износостойкостью и коррозионной стойкостью, так как образующиеся в системе Ре-В, термодинамически устойчивые бориды Ре,В, РеВ, РеВ2, являются сверхтвердыми, тугоплавкими и химически неактивными веществами. При борировании на поверхности стальной детали, как правило, удается получать протяженные (до 100 - 200 мкм) слои, однако большинство из известных процессов борирования длительны (4-8, 12 ч), трудоемки и плохо встраиваются в технологические схемы современных производств, а при реализации наиболее освоенного в машиностроении диф-

ных слоев.
А в работе [33], авторы исследовали новый процесс борирования в плазме двойного тлеющего разряда сплава Ti6A14V с применением твердого боросодержащего компонента (FeB) и провели оценку толщины и морфологии борированного слоя, его фазового состава и износостойкости методами световой микроскопии, дюрометрии, рентгеновского дифракционного анализа, электронной спектроскопии и испытаний на износ (метод трения шарика по диску). В зависимости от параметров плазменного процесса слой боридов может состоять из фаз TiB, TiB2, Ti3B4, Fe3B, FeB, a также содержит небольшие количества Ti и Fe, но и из-за небольшого содержания В имеет невысокую микротвердость (HVо,о25 836). По сравнению со сплавом без покрытия борированный сплав Ti6AI4V имеет пониженный коэффициент трения и в -36 раз большую износостойкость. Авторами был сделан вывод о перспективе применения нового процесса борирования, который позволит расширить применение сплавов Ti в промышленности для изготовления деталей, работающих на трение.
Использование летучих безкислородных и безгалогенидных боросодержащих соединений в плазменном борировании позволяет получать качественные, более протяженные и твердые боридные покрытия в обычных режимах даже на высоколегированных нержавеющих сталях. Так в работе [34] на сталях 16MnCr5 (AISI 5115), 25CrMo4 (AISI 41 30) и 42CrMo4 (AISI 4140) с использованием В(С2Н5)3 были получены монофазные покрытия из Fe2B толщиной до 20 мкм. Проведено исследование влияния параметров процесса на образование и рост поверхностного слоя, оптимизация которых позволяет увеличить его толщину. Температура процесса составляет около 1000 °С, время - около 6 часов. Максимальная микротвердость покрытия составляет величину HV0,025 1700. В работе была исследована также и степень износа образцов с полученными покрытиями и отмечена их высокая износостойкость.
А в процессах электронно-лучевого борирования, из-за легко контролируемых режимов нагрева, как поверхности, так и объема упрочняемого материала, удается сразу получать боридные покрытия из газовой и твердой фазы на поверхности инструментальных сталей без последующего восстановления их структуры многостадийной термообработкой. Так в работе [35] бы-