Nanodispersed boriding of titanium alloy

Abstract

The problem of improving the operational reliability of machines is becoming increasingly important due to the increased mechanical, thermal and other loads on the details. There are many surface hardening methods for machines parts which breakdown begins with surface corruption. The most promising methods are chemical-thermal treatment. Aim: The aim of this work is to study the impact of boriding on the structure and properties of titanium alloy. Materials and Methods: The material of this study is VT3-1 titanium alloy. The boriding were conducted using nanodispersed powder blend based on boric substances. Results: It is established that boriding of paste compounds allows obtaining the surface hardness within 30...29 GPa and with declining to 27...26 GPa in layer to the transition zone (with total thickness up to 110 μm) owing to changes of the layer phase composition where Ti2B, TiB, TiB2 titanium borides are formed. The increasing of chemical-thermal treatment time from 15 minutes to 2 hours leads to thickening of the borated layer (30...110 μm) and transition zone (30...190 μm). Conclusions: Due to usage of nanodispersed boric powder, the boriding duration is decreasing in 2...3 times. This allows saving time and electric energy. The developed optimal mode of boriding the VT3-1 titanium alloy allows obtaining the required operational characteristics and to combine the saturation of the surface layer with atomic boron and hardening.

Задача підвищення експлуатаційної надійності машин набуває все більшого значення у зв'язку зі збільшенням механічних, теплових та інших видів навантажень на деталі. Для деталей машин, руйнування яких починається з поверхні, розроблено велику кількість методів поверхневого зміцнення, найбільш перспективними з яких є методи хіміко-термічної обробки. Мета: Метою роботи є дослідження впливу режимів борування на структуру і властивості титанового сплаву. Матеріали і методи: Матеріалом дослідження в даній роботі є титановий сплав ВТ3-1. Борування проводили в порошкоподібних нанодисперсних сумішах на основі боровмістких речовин. Результати: Встановлено, що борування з паст забезпечує отримання твердості поверхні в межах 30…29 ГПа з пониженням її до 27…26 ГПа по шару до перехідної зони (з загальною товщиною до 110 мкм), що пов'язане зі зміною фазового складу самого шару, в якому формуються бориди титану Ті2В, ТіВ, ТіВ2. Збільшення часу хіміко-термічної обробки від 15 хвилин до 2 годин приводить до зростання борованого шару (30...110 мкм) і перехідної зони (30...190 мкм). Висновки: Завдяки використанню нанодисперсного боровмісного порошку тривалість насичення бором скорочується в 2…3 рази, що дозволить зекономити час та електроенергію. Розроблений оптимальний режим борування для титанового сплаву ВТ3-1 дозволяє отримати необхідні експлуатаційні властивості та суміщати насичення поверхневого шару атомарним бором з гартуванням.