ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ БОР – ХРОМ – ЛАНТАН НА ЖАРОСТОЙКОСТЬ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ СТАЛИ 4Х5МФ1С

Изучено влияние диффузионного покрытия, состоящего из бора, хрома и редкоземельного элемента лантан, на стойкость стали марки 4Х5МФ1С к высокотемпературному окислению и износу. Толщина диффузионного слоя после добавления хрома и лантана в насыщающий состав увеличилась в 2,2 раза (с 28,2 до 61,5 мкм) по сравнению с однокомпонентным борированием. Это связано с тем, что введение лантана вызывает искажение атомной решетки железа, увеличивает плотность дефектов, тем самым способствуя образованию боридного слоя. В боридном слое без добавления хрома и лантана количество пор и микротрещин больше. После добавления хрома и лантана боридный слой обладает более высокой плотностью и однородностью. В эксперименте по окислению при температуре 800 ℃ и выдержке в течение 6 часов толщина оксидного слоя образцов с диффузионным покрытием бор – хром – лантан уменьшилась с 68 до 22 мкм относительно однокомпонентного боридного слоя. Анализ оксидного слоя показал, что образцы после комплексного насыщения бором, хромом и лантаном имеют плотный и гладкий оксидный слой, в то время как у борированных в однокомпонентной насыщающей среде образцов наблюдаются трещины и поры. Износ образцов с комплексным диффузионным слоем после насыщения бором, хромом и лантаном имеет меньшую шероховатость, следы износа неглубокие, склонность слоя к сколам значительно уменьшилась. Добавление хрома и лантана в процессе борирования позволяет значительно повысить стойкость стали марки 4Х5МФ1С к окислению при высоких температурах и износостойкость.

1. Wang Z., Zhou M., Jiang Y., Liu Z. Effects of in situ NbC on the microstructure and high-temperature friction wear properties of 4Cr5MoSiV1 steel. Journal of Materials Re-search and Technology. 2023; 24: 6159–6173. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.221

2. Ying J., Bai-Xin D., Jun F., Feng Qiu, Hong-Yu Y., Shi-Li S., Fang C., Qi-Chuan J., Lai-Chang Z. Advance on rock-breaking cutter steels: A review of characteristics, failure modes, molding processes and strengthening technology. Journal of Materials Research and Technology. 2024; 31: 2328–2354.

3. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.06.195

4. Геворгян Г.А., Филиппов А.А., Катаев Н.Н., Пачурин Г.В. Термическая обработка стали для оправки повышенной стойкости. Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2022;2-1(65):70–73.

5. EDN: JCNLJX. https://doi.org/10.24412/2500-1000-2022-2-1-70-73

6. Лыгденов Б.Д., Гурьев А.М., Чжен Ц., Мосоров В.И. Влияние содержания алюминия в обмазке на формирование диффузионного слоя при борировании стали Н13. Ползуновский альманах. 2021;3:51–54. EDN: WBJGYT

7. Mishigdorzhiyn U.L., Dyshenov B.A., Se-menov A.P., Ulakhanov N.S., Markhadayev B.E. Prediction of the Thickness of a Boroaluminized Layer Using an Artificial Neural Network. J. Surf. Investig. 2024;18,466–473.

8. https://doi.org/10.1134/S1027451024020344

9. Feng Z., Duan Y., Cao Y. Qi H., Peng M., Wang X. Corrosion properties of ceramic coating on pure titanium by pack boronizing with Nd2O3. Ceramics International. 2023;49(10):15101–15113. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.01.093

10. Kayali Y., Kenar A. Effect of diffusion annealing on wear and cohesion behaviours of boronized AISI 1040 steel. Tribology International. 2023;184:108428.

11. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108428

12. Yang R., Guo X., Yang H., Qiao J. Tribological behavior of boronized Fe40Mn20Cr20Ni20 high-entropy alloys in high temperature. Surface and Coatings Technology. 2023;464:129572. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2023.129572

13. Türkmen İ., Keddam M. Boronizing of Monel K500 alloy: Microstructural characterization and modeling of boron diffusion. Materials Characterization. 2024;464:113995.

14. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.113995

15. Zheng Q., Mei S., Xiao Z., Hu Z., Chen Z., Xu Q, Guryev A., Lygdenov B. Tribological, oxidation and corrosion properties of ceramic coating on AISI H13 steel by rare earth-Cr composite boronizing. Ceramics International. 2024;50(6):8760–8776. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2023.12.193

16. Ortiz-Domínguez M, Keddam M. Solid Bo-ronizing of AISI 420 Steel: Characterizations and Kinetics Modelling. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces/ 2023;59(2):206–219. https://doi.org/10.1134/S2070205123700338

17. Emamverdian A.A., Sun Y., Cao C., Pruncu C., Wang Y. Current failure mechanisms and treatment methods of hot forging tools (dies)-a review. Engineering Failure Analysis. 2021;129;105678. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105678

18. Гурьев А.М., Иванов С.Г., Гурьев М.А., Деев В.Б., Логинова М.В. Влияние состава борсодержащей активной среды в виде обмазки на структуру и свойства диффузионного слоя деталей из титана. Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2022;28(1):60–66. EDN: ADPEHL. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-60-66

19. Song T., Liu Q., Liu S., Yang T., Li Q., Xia C., Zhang X. Wear and corrosion resistance behavior of Zr-2.5 Nb by pack carburizing and boronizing. Surface and Coatings Technology. 2024;482:130720. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.130720

20. Zhang J., Yuan H., Zheng X., Tu Y., Ran X., Wang W., Wang Q., Lin Y. Preparation and wear resistance of B–Al co-permeation layers on TC4 titanium alloy surface. Materials Today Communications. 2024;39:108697.

21. https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2024.108697

22. Qu De-yi, Liu D., Wang Xin-yu, Duan Yong-hua, Peng Ming-jun. Corrosion and wear properties of TB2 titanium alloy borided by pack boriding with La2O3. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2022;32(3):868–881.

23. https://doi.org/10.1016/S1003-6326(22)65839-4

24. Günen A., Bölükbaşı Ö.S., Özgürlük Y., Özkan D., Odabaş O., Somunkıran İ. Effect of Cr addition on properties and tribological behavior at elevated temperature of boride layers grown on borosintered powder metallurgy alloys. Metals and Materials International. 2023;29(3):748–766. https://doi.org/10.1007/s12540-022-01251-3

25. Gao J., Yan Z., Liu S., Zhao Y., Li T., Tong W. Microstructure and mechanical properties of a Mo alloyed Fe–Cr–B alloy. Vacuum. 2023;214:112238. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2023.112238

26. Fang Hui-min, Xia Lian-sen, Yu Qing-ping, Zhang Guang-sheng. Research on properties and growth kinetics of boride layer of Fe-based powder metallurgy material boriding strengthened with rare earth. Integrated Ferroelectrics. 2022;226(1):1–14. https://doi.org/10.1080/10584587.2022.2061188

27. Feng Z., Duan Y., Ma L., Zheng S., Li M., Peng M., He Y., Li Y. Microstructure and oxidation behavior of B-Al layers on Ti-6Al-4V alloy by REO-boriding and aluminizing at 700 °C, 800 °C, and 900 °C. Surface and Coatings Technology. 2024;226(1):131044.

28. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2024.131044

29. Kaner S., Kaplan Y., Pamuk Ö., Aksöz S. Production and tribological investigation of Cr borides by boriding of powder metallurgy pure chromium surface. Journal of Materials Engineering and Performance. 2023;32(3):1017–1024.

30. https://doi.org/10.1007/s11665-022-07195-4