ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В СТАЛИ НА ПАРАМЕТРЫ ДИФФУЗИИ БОРА И ТОЛЩИНУ ДИФФУЗИОННОГО ПОКРЫТИЯ ПРИ БОРИРОВАНИИ

В настоящей работе приведены систематизированные данные о влиянии содержания углерода в стали на параметры диффузии и толщину боридного слоя для большинства используемых в промышленности углеродистых сталей, начиная с углеродистой стали 15 и заканчивая заэвтектическими инструментальными сталями вплоть до У10 включительно. Насыщение поверхности сталей бором проведено при температурах 850, 950 и 1050 °С ранее разработанной и запатентованной насыщающей средой. Повышение содержания углерода в стали приводит к повышению энергии активации диффузии бора, что, в свою очередь, влечет снижение толщины диффузионного слоя. При этом снижение энергии активации носит не монотонный характер и зависит как от содержания углерода в стали, так и от температуры процесса насыщения. Повышение температуры процесса насыщения приводит к понижению энергии активации диффузии бора в среднем на 5 кДж/моль на каждые 100 °С. Повышение содержания углерода приводит к снижению толщины боридного слоя, причем в наибольшей степени это заметно при промышленно применяемых температурных интервалах борирования – от 950 до 1050 °С. Наиболее значительное снижение толщины боридного слоя происходит при содержании углерода в интервале от 0,35 до 0,50 масс. %. В интервалах содержания углерода в стали от 0,15 до 0,35 и от 0,50 до 0,95 масс. % характер снижения толщины боридного слоя можно считать линейным.

1. Emamverdian A.A., Sun Y., Cao C., Pruncu C., Wang Y. Current failure mechanisms and treatment methods of hot forging tools (dies)-a review. Engi-neering Failure Analysis. 2021;129(18): 105678. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2021.105678

2. Widomski P., Gronostajski Z. Comprehensive review of methods for increasing the durabil-ity of hot forging tools. Procedia Manufactur-ing. 2020;47:349–355. https://doi.org/10.1016/j.promfg.2020.04.280

3. Ghalehbandi S.M., Biglari F. Predicting damage and failure under thermomechanical fatigue in hot forg-ing tools. Engineering Failure Analysis. 2020;113:104545. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104545

4. Ворошнин Л.Г. Многокомпонентные диф-фузионные покрытия. Минск: Наука и тех-ника, 1981:296.

5. ASM International Handbook Comitee. ASM Handbook. Vol. 5. Surface Engineering. 1994:2535. https://doi.org/10.1016/S0301-679X(00)00006-2

6. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник / Г.В. Борисенок, Л.А. Васильев, Л.Г. Ворошнин, и др. Москва: Металлургия, 1981:424.

7. Ворошнин Л.Г. Борирование промышленных сталей и чугунов. Минск: Наукова думка, 1981:205.

8. Kulka M., Pertek A., Klimek L. The influence of carbon content in the borided Fe-alloys on the microstructure of iron borides. Materials Characterization. 2006;56(3):232–240.

9. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2005.11.013

10. Мельник П.И. Диффузионное насыщение железа и твердофазные реакции в сплавах. Москва: Металлургия, 1993:128.

11. Пат. 2345175 РФ. Способ упрочнения дета-лей из конструкционных и инструменталь-ных сталей / А.М. Гурьев, С.Г. Иванов, Б.Д. Лыгденов, С.А. Земляков, О.А. Власова, Е.А. Кошелева, М.А. Гурьев; Заявл. 03.04.2007; опубл. 27.01.2009. Бюл. № 3.

12. Бокштейн Б.С, Бокштейн С.З., Жуховицкий А.А. Термодинамика и кинетика диффузии в твердых телах. Москва: Металлургия, 1974:280.

13. Пригожин И., Дефэй Р. Химическая термо-динамика / Пер. с англ. Москва: Бином. Ла-боратория знаний, 2010:533.

14. Оура К., Лифшиц В.Г., Саранин А.А. Вве-дение в физику поверхности. Москва: Наука, 2006:490.

15. Павлов П.В., Хохлов А.Ф. Физика твердого тела. 3-е изд. Москва: Высшая школа, 2000:494.

16. Ролдугин В.И. Физикохимия поверхности. Долгопрудный: ИД "Интеллект", 2008:568.

17. ASM International Handbook Committee. ASM Handbook. Volume 4. Heat Treating. 1991:2173.

18. Lin G., Zhang Z., Qiu Z., Luo X., Wang J., Zhao F. Boronizing mechanism of cemented carbides and their wear resistance. Intern. J of Refractory Metals and Hard Materials. 2013;41:351–355. https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2013.05.008

19. Delai O., Xia C., Shiqiang L. Growth kinetics of the FeB/Fe2B boride layer on the surface of 4Cr5MoSiV1 steel: experiments and model-ling. J of Materials Research and Technology. 2021;11:1272–1280. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2021.01.109

20. Mathew M., Rajendrakumar P. Optimization of process parameters of boro-carburized low carbon steel for tensile strength by Taquchi method with grey relational analysis. Materi-als & Design. 2011;32:3637–3644.

21. https://doi.org/10.1007/s12588-015-9128-x

22. Pertek A., Kulka M. Two-step treatment car-burizing followed by boriding on medium-carbon steel. Surface and Coatings Technolo-gy. 2003;173:309–314. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2011.11.016

23. Yu L., Chen X., Khor K.A., Sundararajan G. FeB/Fe2B phase transformation during SPS pack-boriding: Boride layer growth kinetics. Acta Materialia. 2005;53:2361–2368.

24. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2005.01.043