RESULTS OF STEEL MICROARC DIFFUSION SATURATION WITH BORON IN COMBINATION WITH CARBIDE-FORMING ELEMENTS
Authors: Степанов М.С. , Домбровский Ю.М. 
Published: May 2024

Микродуговое поверхностное легирование стали осуществляется в угольном порошке в условиях протекания электрического тока, что приводит к ускоренному поверхностному насыщению материала углеродом. Для поверхностного насыщения другими легирующими элементами используют обмазку, содержащую диффузант, которую предварительно наносят на упрочняемое изделие. Целью работы являлось исследование влияния температуры микродугового диффузионного насыщения стали бором в сочетании с карбидообразующими элементами на структуру, фазовый состав и микротвердость покрытий. Образцы цилиндрической формы из стали 20 подвергали многокомпонентному насыщению B+Cr, B+Mo, B+V, B+W при температурах 950, 1100 и 1250 °С. Продолжительность процесса насыщения изменяли от 2 до 8 мин. Для легирования применяли обмазку, содержащую порошок борной кислоты H3BO3 и порошки ферросплавов карбидообразующих элементов в соотношении 1:1 по объему на основе электропроводного связующего. Установлено, что после микродугового многокомпонентного насыщения при температурах 950 и 1100 °С диффузионный слой состоит из основы в виде дисперсной ферритокарбидной смеси микротвердостью до 9,4 ГПа, в которой расположены высокотвердые мелкодисперсные включения карбидов и боридов железа и карбидообразующих элементов, имеющих более высокую микротвердость (до 16,5 ГПа) по сравнению с однокомпонентным борированием. Далее расположен науглероженный слой с эвтектоидной структурой, переходящий в исходную ферритно-перлитную структуру стали 20. После многокомпонентного насыщения при температуре 1250 °С диффузионный слой дополнительно содержит участки карбоборидной эвтектики, существующей в системе Fe–C–B, с повышенным содержанием хрома и бора в результате их преимущественной диффузии по межзеренным границам. Таким образом, микродуговое поверхностное насыщение стали бором в сочетании с карбидообразующим элементом повышает температуру образования боридной эвтектики, которая может приводить к повышенной хрупкости слоя по сравнению с однокомпонентным борированием. Наибольшая толщина диффузионного слоя достигается через 6 мин процесса микродугового многокомпонентного насыщения и далее практически не возрастает из-за выгорания угольных частиц и истощения источника диффузанта в обмазке.

Microarc surface alloying of steel is carried out in coal powder under conditions of electric current flow, which leads to accelerated surface saturation of the material with carbon. For surface saturation with other alloying elements, a coating containing a diffusant is used, which is pre-applied to the hardened product. The purpose of the work was to study the effect of the temperature of microarc diffusion saturation of steel with boron in combination with carbide-forming elements on the structure, phase composition and microhardness of coatings. Cylindrical steel 20 samples were subjected to multicomponent saturation of B+Cr, B+Mo, B+V, B+W at temperatures of 950, 1100 and 1250 °C. The duration of the saturation process was changed from 2 to 8 min. A coating containing boric acid powder H3BO3 and ferroalloy powders of carbide-forming elements in a ratio of 1:1 by volume based on an electrically conductive binder was used for alloying.It was found that after microarc multicomponent saturation at temperatures of 950 and 1100 °C, the diffusion layer consists of a base in the form of a dispersed ferrite-carbide mixture with a microhardness of up to 9.4 GPa, in which there are highly solid finely dispersed inclusions of iron carbides and borides and carbide-forming elements having a higher microhardness (up to 16.5 GPa) compared with single-component boration. Then there is a carbonized layer with a eutectoid structure, passing into the initial ferrite-pearlite structure of steel 20. After multicomponent saturation at a temperature of 1250 °C, the diffusion layer additionally contains sections of carboboride eutectic existing in the Fe–C–B system with an increased content of chromium and boron as a result of their predominant diffusion along grain boundaries. Thus, microarc surface saturation of steel with boron in combination with a carbide-forming element increases the temperature of formation of boride eutectic, which can lead to increased brittleness of the layer compared with single-component boration. The greatest thickness of the diffusion layer is reached after 6 minutes of the microarc multicomponent saturation process and then practically does not increase due to the burning of coal particles and depletion of the diffusant source in the coating.