Математическое моделирование процессов упрочнения железо-углеродистых сплавов титаном, хромом и бором в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Abstract

Рассмотрена газотранспортная СВС-технология нанесения титановых покрытий, легированных бором и хромом. Показаны результаты исследований их структуры и свойств. С применением методов математического моделирования разработаны оптимальные составы СВС-смесей для нанесения износостойких покрытий на деталях машин в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Проведены исследования износостойкости полученных слоев, на углеродистых сталях. Метод СВС обеспечил получение на углеродистых сталях качественных покрытий на основе титана при снижении материальных и энергетических затрат. Проведено моделирование по поиску оптимальных порошковых СВС-смесей для получения износостойких защитных титановых покрытий на сталях 45 и У8 c использованием технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Исследованы структуры защитных слоев и их износостойкость в условиях трения скольжения. Титаноборированные и титанохромированные стали с СВС-покрытиями обладают улучшенными показателями износостойкости (в 6,0-6,4 и 1,8-2,0 раза, соответственно) по сравнению с образцами без покрытия. Химико-термическую обработку осуществляли в реакторе открытого типа (Р=10⁵ Па) в рабочем интервале температур 900–1100 °С. Продолжительность изотермической выдержки варьировалась от 30 до 60 минут.

The gas-transported SHS-technology of titanium coatings doped with boron and chromium is considered. The results of studies of their structure and properties are shown. Using the methods of mathematical modeling, optimal compositions of SHS mixtures for the application of wear-resistant coatings on machine parts in conditions of self-propagating high-temperature synthesis have been developed. Studies of the wear resistance of the obtained layers on carbon steels have been carried out. The SHS method ensured the production of high-quality titanium-based coatings on carbon steels while reducing material and energy costs. Modeling has been carried out to find the optimum powder SHS-mixtures for the production of wear-resistant protective titanium coatings on 45 and U8 steels using the technology of self-propagating high-temperature synthesis. The structures of the protective layers and their wear resistance under conditions of sliding friction are investigated. Titanium-buffered and titanium-chromated steel with SHS-coatings have improved wear resistance (in 6.0-6.4 and 1.8-2.0 times, respectively) as compared with uncoated samples. Chemical-thermal treatment was carried out in an open-type reactor (P = 10⁵ Pa) in the operating temperature range of 900 -1100 °C. The duration of isothermal exposure varied from 30 to 60 minutes.