УДК 621.762.4

Исследование влияния технологических параметров диффузионного многокомпонентного насыщения марганцем, хромом и кремнием порошковых сталей на глубину получаемого слоя.

Ж.В. Еремеева, Р.А. Латыпов, К.Н. Слуковская, Г.Х. Шарипзянова, Н.М. Ниткин, Вэй Пхйьо Аунг

Специфика процессов структурообразования и формирования необходимых физико-механических свойств порошковых материалов с различным содержанием углерода связана с особенностями протекания фазовых превращений при образовании и распаде аустенита, а также влияния возникающих структурных превращений в поверхностных слоях.

Основной целью многокомпонентного насыщения марганцем, хромом и кремнием, как и любого другого вида химико-термической обработки, является придание рабочему сечению изделия гетерогенных свойств в тех случаях, когда основные рабочие функции несут поверхностные зоны материала. Это относится к изделиям работающим: 1) в условиях износа, в том числе кавитационного, и эрозии при низких температурах; 2) под напряжением (или без него) при высоких температурах в средах, вызывающих химическую коррозию; 3) под напряжением (или без него) в средах, вызывающих электрохимическую коррозию; 4) при нагрузках, вызывающих механическую, термическую, коррозионную усталость.

В свою очередь, наличие структурных особенностей определяет необходимость проведения сравнительных исследований образцов, подвергшихся многокомпонентному насыщению марганцем, хромом и кремнием до и после горячей допрессовки материала.

Диффузионное комплексное насыщение проводилось либо из расплава солей следующего состава:

30% FeCr + 40% FeSiMn + 20% BaCl2 + 10% NaCl

либо из порошковой засыпки состава:

30% Cr + 30% FeMn + 30% FeSi + 10% (активатор NaF или NH4Cl)

Процесс насыщения шел в присутствии активаторов. В качестве активаторов применялись NaF, BaCl, NaCl, NH4Cl, KF. По результатам исследований выбирался оптимальный активатор. Комплексное диффузионное насыщение (КДН) проводили как после горячей штамповки по схеме (СХП-ГШ-ДМН), так и до горячей штамповки по схеме (СХП-ДМН-ГШ).

Температура многокомпонентного насыщения варьировалась в пределах 900-1250ºС, а время насыщения от 0,5 до 4 часов (рис.1,2). В дальнейшем проводились исследования структуры и фазового состава диффузионного слоя, влияния данных технологических параметров на толщину слоя.

Наиболее интенсивный рост толщины покрытия наблюдается в течение 30-60 минут. Это особенно заметно на железоуглеродистых образцах, так как одновременно с насыщением происходит диффузия углерода в железную матрицу. Увеличение температуры диффузионного насыщения приводит к повышению жидкотекучести расплава, который по порам проникает вглубь образца. При проведении комплексного диффузионного насыщения в порошковой засыпке с увеличением температуры увеличивается диффузионная подвижность атомов насыщающих компонентов, что тоже сказывается на увеличение толщины диффузионного слоя (рис.1).

Время комплексного диффузионного насыщения также является параметром, существенно влияющим на толщину диффузионного слоя. Образцы подвергались насыщению в течение 0,5; 1,5; 2; 2,5; 3; 4 часов при температуре 1000ºС. Содержание углерода варьировалось от 0,1 до 0,8%. Данные этих экспериментов показаны на рисунке 2. При увеличении времени насыщения растет и глубина диффузионной зоны.

После насыщения при температуре 1000…1100ºС, диффузионный слой состоит из кремнистого, марганцовистого и хромистого феррита и зоны сложных карбидов, а глубина слоя увеличивается с 835 до 935 мкм.

Рис.1. Зависимость глубины диффузионного слоя от времени насыщения

Рис.2.Зависимость глубины диффузионного слоя от температуры насыщения и вида активатора

Увеличение времени выдержки и температуры процесса приводит к увеличению толщины диффузионного слоя и снижению пористости. При температурах 1200…1250ºС за счет более высокой подвижности атомов кремния в железной матрице, размер зон становится примерно одинаковым.

Повышение температуры комплексного диффузионного насыщения до температур 1200ºС и более и осуществление выдержки до момента подплавления позволяет получать практически беспористые слои. При температуре диффузионного насыщения марганцем, хромом и кремнием 1225…1250ºС зависимость обшей глубины от температуры приобретает экспоненциальный характер, а ее значения достигают 900…950 мкм.

Важно отметить, что многокомпонентное насыщение при температурах более 1200ºС может приводить к оплавлению поверхностного слоя и его стеканию, что вызывает потерю формы и размеров образца.

Существенное влияние на глубину диффузионной зоны оказывает технологический процесс получения изделия. После проведения совместного электроконтактного нагрева постоянным током шихты, содержащей пек с горячим прессованием, остаточная пористость находится в пределах 1-3%, что облегчает проведение многокомпонентного диффузионного насыщения.

ВЫВОДЫ: Увеличение температуры и времени в большинстве случаев приводит к увеличению глубины диффузионного слоя, снижению пористости и увеличению концентраций хрома, марганца и кремния. Наибольшей активностью обладает смесь с активатором NaF, несколько меньшей с NH4Cl. Горячештампованные порошковые материалы характеризуются повышенной дефектностью структуры, наличием пористости, мелкозернистостью и, поэтому лучше подвергаются комплексному диффузионному насыщению, чем компактные стали.