МОРФОЛОГИЯ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ ДИФФУЗИОННОГО БОРИДНОГО СЛОЯ НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОГО АНАЛИЗА СТАЛИ 45

Химико-термическая обработка в целом и борирование являются высокоэффективными способами повышения ресурса работы рабочих органов и деталей машин (инструмента). При этом необходимо подбирать марки сталей, которые предпочтительно подвергать борированию в зависимости от поставленной цели. Для решения практических задач в целях контроля качества боридного диффузионного покрытия имеется потребность определения прочностных и морфологических характеристик боридного слоя и его фазового состава. Высокобористая фаза FeB имеет низкие эксплуатационные характеристики (высокая хрупкость, создает на поверхности растягивающие напряжения, приводящие к трещинообразованию и сколам в боридном слое), в большинстве случаев содержание фазы FeB в покрытии ограничивают верхним пределом (не более 10 – 15 % от толщины слоя боридов). Определение фазового состава боридных слоев предпочтительно вести методами электронной микроскопии, однако в условиях производства это является трудоемкой задачей. Одним из вариантов анализа структуры и морфологии полученных результатов является визуализация фазового состава боридных диффузионных слоев с использованием «цветного» травления с возможностью оценки структурно-фазового состояния при помощи оптической микроскопии. Показано, что предложенный метод электролитического травления в насыщенном водном растворе щелочного пикрата натрия позволяет получить высококонтрастные изображения микроструктуры боридного слоя, которые в последующем могут быть автоматически обработаны в современных программных комплексах металлографического анализа с целью качественной и количественной оценки структурно-фазового состояния. По сравнению с химическими методами «цветного» травления, метод электрохимического травления не требует высокой квалификации персонала и может быть использован в условиях производственной лаборатории.

1. Dearnly P.A., Bell T. Engineering the surface with boron-based materials // Surface Engineering. 1985. Vol. 1. No. 3. P. 203–217. https://doi.org/10.1179/sur.1985.1.3.203

2. Колубаев А.В., Белый А.В., Буяновский И.А., Колубаев Е.А., Кукареко В.А., Сизова О.В., Хрущов М.М. Структура и механизмы деформирования и разрушения твердых покрытий в условиях фрикционного взаимодействия // Известия вузов. Физика. 2019. Т. 62. № 8 (740). С. 52–83. https://doi.org/10.17223/00213411/62/ 8/52

3. Иванов С.Г., Гармаева И.А., Гурьев А.М. Оценка скорости диффузии бора и хрома при различных режимах диффузионного упрочнения поверхности стали СТ3 // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2012. Т. 9. № 2. С. 248–251.

4. Иванов С.Г., Куркина Л.А., Грешилов А.Д., Гурьев А.М. Исследование зависимости морфологии диффузионных боридных покрытий на углеродистых сталях от состава и фракции насыщающей смеси // Фундаментальные проблемы современного материа-ловедения. 2012. Т. 9. № 4. С.556–559.

5. Пат. 2360031 C2 РФ. Способ упрочнения деталей из штамповых сталей / Гурьев А.М., Иванов С.Г., Земляков С.А., Власова О.А., Кошелева Е.А., Гурьев М.А; заявл. 18.07.2007; опубл. 27.06.2009.

6. Гурьев М.А., Иванов С.Г., Алонцева Д.Л., Ива-нова Т.Г., Гурьев А.М. Взаимосвязь химического состава насыщающей среды и диффузионного покрытия на сталях 45 и 45Л // Письма о матери-алах. 2014. Т. 4. № 3 (15). С. 179–181.

7. Пат. 2381299 C РФ. Способ упрочнения стальных деталей / Гурьев А.М., Иванов С.Г., Власова О.А., Кошелева Е.А., Гурьев М.А., Лыгденов Б.Д; заявл. 12.05.2008; опубл. 10.02.2010.

8. Ivanov S.G. Features of multicomponent saturation alloyed by steels. S.G. Ivanov, I.A. Garmaeva, M.A. Guriev, A.M. Guriev, M.D. Starostenkov. Advances in Mechanical Engineering // Part of the Lecture Notes in Mechanical Engineering book series. Cham. 2015. Р. 49–53 .

9. Гурьев А.М., Иванов С.Г., Гурьев М.А., Черных Е.В., Иванова Т.Г. Химико-термическая обра-ботка материалов для режущего инструмента // Известия вузов. Черная металлургия. 2015. Т. 58. № 8. С. 578–582. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2015-8-578-582

10. Власова О.А., Иванов С.Г., Гурьев М.А., Кошелева Е.А., Гурьев А.М. Повышение прочности диффузионных карбоборидных покрытий термо-циклированием в процессе их получения. В кн.: Наука и молодежь – 2007. Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. 2007. С. 110–112.

11. Иванов С.Г., Гурьев А.М., Земляков С.А., Гурьев М.А., Романенко В.В. Особенности методики подготовки образцов для автоматического анализа карбидной фазы стали Х12Ф1 после цементации в вакууме с применением программного комплекса "THIXOMET PRO" // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2020. № 2. C. 165–168. https://doi.org/ 10.25712/ASTU.2072-8921.2020.02.031

12. Иванов С.Г., Гурьев М.А., Гурьев А.М., Романенко В.В. Фазовый анализ боридных комплексных диффузионных слоев на углеродистых сталях при помощи цветного травления // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2020. Т. 17. № 1. С. 74–77. https://doi.org/10.25712/ ASTU.1811-1416.2020.01.012

13. Гурьев М.А., Иванов С.Г., Гурьев А.М., Кошелева Е.А., Черных Е.В. Выявление фазового состава боридных покрытий методами цветного травления // Ползуновский альманах. 2020. № 3. С. 19–23.

14. Guriev A.M., Mei S.Q., Guriev M.A., Chernykh E.V., Ivanov S.G. Investigation of the microstructure of diffusion coatings of carbon steel obtained by simultaneous diffusion saturation with boron, chromium and titanium. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. In: 3rd International Conference on New Material and Chemical Industry. 2019. Vol. 479. No. 1. Article 012077. https://doi.org/10.1088/1757-899X/479/1/ 012077

15. Гурьев А.М., Гурьев М.А., Землякова С.А., Иванов С.Г. Выявление особенностей морфологии и фазового состава сталей методами специального металлографического травления. В кн.: Эволюция дефектных структур в конденсированных средах. Сборник тезисов XVI Международной школы-семинара. 2020. С. 83–84.

16. Иванов С.Г., Гурьев А.М., Земляков С.А., Гурьев М.А. Методика пробоподготовки образцов высоколегированных сталей для автоматического анализа карбидной фазы // Ползуновский вестник. 2020. № 3. С. 102–105.

17. Гурьев А.М., Земляков С.А., Гурьев М.А., Кошелева Е.А., Иванов С.Г. Исследование тонкой структуры боридного слоя методами оптической микроскопии высокого разрешения // Ползуновский альманах. 2020. № 3. С. 3–9.

18. Kazakov A.A., Ryaboshuk S.V., Lyubochko D.A., Chigintsev L.S. Research on the Origin of Nonmetallic Inclusions in High-Strength Low-Alloy Steel Using Automated Feature Analysis // Microscopy and Microanalysis. 2015. Vol. 21. No. 3. P. 1755–1756. https://doi.org/10.1017/S143 1927615009551

19. Kazakov A.A., Kiselev D. Industrial Application of Thixomet // Metallography, Microstructure, and Analysis. 2016. № 5. P. 294–301.

20. Kazakov A.A., Kiselev D. Industrial application of thixomet image analyzer for quantitative description of steel and alloys microstructure // Microscopy and Microanalysis. 2015. Vol. 21. No. 3. P. 457. https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2204.0720

21. ASM Handbook // Metallography and Microstructures. 2004. Vol. 9.

22. Vander Voort G.F., Pakhomova O., Kazakov А. Evaluation of normal versus non-normal grain size distributions // Mater. Perform. Character. 2016, Vol. 5. P. 521–534. https://doi.org/10 1520/MPC20160001

23. Kazakov A., Kiselev D. Industrial application of thixomet image analyzer for quantitative description of steel and alloy’s microstructure // Metallography Microstructure and Analysis. 2016. Vol. 5. P. 294–301.

24. Vander Voort G.F. Computer-aided microstructural analysis of specialty steels // Materials characterization. 1991. Vol. 27. No. 4. P. 241–260.

25. Kazakov A.A., Kiselev D.V., Kazakova E.I. Methodological features of micro-structural heterogeneity estimation by the thickness of steel plates // Chernye Metally. 2021. No. 7. P. 65–75.

26. Kazakov A., Kovalev P., Ryaboshuk S. Metallurgical expertise as the base for determination of nature of defects in metal products // CIS Iron Steel Rev. 2007. Vol. 1-2. Р. 7.