Поверхневе двошарове зміцнення сталі при послідовному насиченні вуглецем та бором в порошкових макро- та нанодисперсних середовищах

Abstract

Метою роботи є зміцнення поверхневих шарів сталей методами ХТО в порошкових макро- та нанодисперсних середовищах. Для досягнення мети необхідно вирішити наступні завдання: розробити методи ХТО у нових порошкових середовищах; встановити оптимальні режими; розрахувати ефективні коефіцієнти дифузії насичувальних елементів в сталях. В роботі використані оптична та електронна мікроскопія; вимірювання мікротвердості, обробка результатів статистичними методами. Поверхневе двошарове зміцнення сталі 38Х2МЮА при послідовну насиченні атомарним вуглецем (при цементації) та атомарним бором (при пічному боруванні) при різних температурах, дозволило сформувати боридний шар з перехідною зоною. Отримана перехідна зона дозволяє підвищити експлуатаційні властивості деталей машин та інструменту за рахунок зменшення мікрокрихкості дифузійного шару. Обрано оптимальний режим комплексної ХТО, який включає цементацію при 950 °С протягом 2 годин, борування при 950 °С протягом 2 годин для отримання найбільшої поверхневої твердості 22 ГПа з максимальним загальним дифузійним шаром 1,4 мм. Отримано математичні моделі формування дифузійних шарів та зміну коефіцієнту дифузії бору після комплексного насичення атомарним вуглецем та бором, які дозволяють прогнозувати необхідні властивості поверхневих шарів легованої сталі від температури ХТО.This work isfocused on two urgent tasks: to pick up saturating composition, which significantly accelerates the processes chemical heat treatment; to develop technology without using special equipment. Addressing these issues will provide the necessary product quality and significantly reduce the energy consumption of modern Ukraine. The aim is the strengthening of surface layers of steels by the methods of chemical heat treatment in the powder macro - and nanoscale environments. To achieve the goal it is necessary to solve following tasks: to develop methods chemical heat treatment new powder environments; to determine optimum modes; to calculate the effective diffusion coefficients saturating elements in steels. We used optical and electron microscopy, microhardness measurements, processing the results by statistical methods. Two-layer surface strengthening of steel 38Cr2MoAl the sequential saturation of the atomic carbon, and atomic boron at -various temperatures, allowed to form bonding layer with a transition zone. Obtained transition zone allows to improve operational properties of machine parts and tools by reducing microdroplet diffusion layer. The selected optimal mode of the integrated, which includes carburizing at 950 °C for 2 hours, boriding at 950 °C for 2 hours to obtain the highest surface hardness of 22 GPa with a maximum total of the diffusion layer is 1.4 mm. the Obtained mathematical model of formation of diffusion layers and the change of the diffusion coefficient of boron after complete saturation of the atomic carbon and boron, in order topredict the requiredproperties of the surface layers of alloy steels to the temperature.