Развитие теоретических и технологических основ химико-термической обработки сталей и сплавов с применением совмещенного диффузионного насыщения бором, хромом и титаном

Цель работы: Повышение износостойкости деталей машин и механизмов из сталей и сплавов химико-термической обработкой с применением совмещенного диффузионного насыщения поверхностей бором, хромом и титаном. Методы исследования. Исследования в рамках работы проводились на оборудовании в лабораториях «Проблемная научно-исследовательская лаборатория самораспространяющегося высокотемпературного синтеза» (ПНИЛ СВС) и «Цен-тра коллективного пользования лабораторным оборудованием» (ЦКПЛО) АлтГТУ, центра коллективного пользования «Лаборатория электронной микро-скопии» Новосибирского государственного технического университета, центра коллективного пользования «Прогресс» Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления, центра коллективного пользования «Физико-химические методы исследования» (ФХМИ) Волгоградского государственного технического университета, лаборатории электронной микроскопии Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН. Химико-термическая обработка проводилась в камерных печах типа СНОЛ, оснащенных программируемыми пропорционально-интегрально-дифференцирующими регуляторами (ПИД-регулятор) «Термодат». Химико-термическая обработка в условиях скоростного нагрева производилась на установке ТВЧ-нагрева «ЭЛ-СИТ» мощностью 210 кВА, частотой 20-40 кГц. Исследования микроструктуры про-водили на оптических микроскопах Carl Zeiss Axio Observer Z1m, совмещенном с программным комплексом «Thixomet Pro», Теоретическая и практическая значимость работы: 1. На основе результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологические решения по упрочнению сталей и сплавов методами химико-термической обработки, обеспечивающие повышение ресурса работы упрочненных изделий в 2 – 50 раз. Разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать толщину комплексных бор-хром-титановых диффузионных покрытий на сталях, определять основные технологические параметры процесса насыщения с целью получения диффузионного слоя с требуемой толщиной и фазовым составом. 2. Разработанные технологические решения и составы насыщающих сред позволяют получать диффузионные покрытия с высокими эксплуатационными свойствами: для одновременного бор-хром-титанирования углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода до 0,4 масс. % разработан состав, содержащий бориды хрома и титана, карбид бора в качестве основных компонентов-поставщиков активных атомов бора, хрома и титана; - для углеродистых и легированных сталей с содержанием углерода свыше 0,4 масс. % разработан состав, основными поставщиками активных атомов бора, хрома и титана в котором являются карбид бора, феррохром и ферротитан.Разработанные технологии обеспечивают повышение поверхностной твер-дости при одновременном комплексном насыщении бором, хромом и титаном: на углеродистой стали (стали типа Ст3, сталь 45) – до 2200–2500 HV1, на легирован-ных сталях (стали типа 5ХНВМФ, 7ХГ2ВМФ) – до 2400–2900 HV1, на высоколегированных сталях (стали типа Р6М5, Х12М) – до 2700–3200 HV1. 3. Методами совмещенного диффузионного насыщения бором, хромом и титаном из твердофазных насыщающих сред (порошковым и из насыщающих обмазок) получены упрочняющие покрытия на титановых сплавах ВТ1-0 и ОТ-4, имеющие протяженность до 75 мкм. Насыщение титановых сплавов из порошковых сред и насыщающих обмазок более технологичны, а также не требуют специальных инертных атмосфер из аргона, либо криптона в сравнении с борированием из расплавов. 4. На спеченных сплавах с кобальтовой связкой ВК8 и Т5К10, использу-емых для производства металлорежущего инструмента, способом комплексного бор-хром-титанирования получены диффузионные покрытия толщиной до 90 мкм, которые в 10–15 раз превышают толщину покрытий, получаемых другими способами диффузионного насыщения на материалах данных классов. 5. Упрочненные по разработанным способам изделия внедрены на промышленных предприятиях Алтайского края (ООО «МОКВИН», ООО «Алтайский завод прецизионных изделий», ООО «РАКУРС», ООО «СВЭЛ», ООО «Вектор»), Новосибирской области (ПАО «Новосибирский завод химконцентратов»), Рес-публики Бурятия (ООО «Теплоарматура»), Вологодской области (завод «Север-сталь-метиз», ПАО «Северсталь», г. Череповец,). Практическая реализация ре-зультатов работы на предприятиях Алтайского края отмечена Премией Алтайского края в области науки и техники за 2014 год (проект «Разработка насыщенных сред и технологий диффузионного поверхностного упрочнения стальных изделий бором, хромом и титаном») и 2018 год (проект «Разработка насыщающих сред на основе бора и технологий одновременного трехкомпонентного диффузионного поверхностного упрочнения стальных изделий»). 6. Результаты работы используются в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 22.04.01. «Материаловедение и технология материалов» и 15.04.05. «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», обучающихся по направлению «22.06.01 Технологии материалов» подготовки научно-педагогических кадров в аспирантуре.