ВЛИЯНИЕ СОСТАВА БОРСОДЕРЖАЩЕЙ АКТИВНОЙ СРЕДЫ В ВИДЕ ОБМАЗКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ДИФФУЗИОННОГО СЛОЯ ДЕТАЛЕЙ ИЗ ТИТАНА
https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-60-66
Аннотация
Проведено сравнительное исследование способов борирования, карбоборирования и боросилицирования титана ВТ1-0 с целью повышения износостойкости в условиях агрессивных сред и повышенных температур. Исследована микроструктура диффузионных покрытий, определена их толщина и микротвердость. Диффузионное насыщение образцов из титана ВТ1-0 размерами 10×10×25 мм проводили из насыщающих обмазок на основе карбида бора. Режим насыщения: температура процесса – 950 °С, время насыщения – 1,5 ч. По окончании высокотемпературной выдержки образцы извлекали из печи, охлаждали на воздухе до комнатной температуры, очищали от насыщающей обмазки деревянными шпателями и кипятили в мыльно-содовом растворе в течение 1 ч. На поверхности титана образуется непрерывный диффузионный слой толщиной 80–100 мкм. Боросилицированный диффузионный слой, полученный насыщением титана из обмазки состава (%) 45B4C–5Na2B4O7–22Si–5NaF–3NaCl–20CrB2, имеет более высокую микротвердость (1520 HV0,1) против карбоборидного покрытия (1280 HV0,1) и боридного (1120 HV0,1). При этом у боридного и карбоборидного покрытий, полученных, соответственно, насыщением из обмазок состава (%) 45B4C–5Na2B4O7–5NaF–25Al2O3–20CrB2 и 70B4C–5Na2B4O7–5NaF–20CrB2, наблюдается ярко выраженное зональное строение. Верхняя зона этих покрытий, обладая повышенной микротвердостью, также имеет высокие показатели хрупкости, что не позволяет точно замерить распределение микротвердости в силу выкрашивания и трещинообразования в местах измерения Рентгенографические исследования качественного состава покрытий на титане проводили на рентгеновском дифрактометре ДРОН-6 в фильтрованном CuKα-излучении (λ = 1,5418 Å) в интервале углов 2θ = 20÷80°. В диффузионном покрытии наблюдаются рефлексы карбида титана, боридов хрома и титана, некоторое количество интерметаллида Cr2Ti. Боридные фазы хрома и титана относятся к высокобористым фазам с высоким удельным содержанием бора: TiB, CrB, Ti2B5, Ti3B4 и Cr2B3.
При поддержке: Все металлографические исследования выполнены в Центре коллективного пользования АлтГТУ (г. Барнаул)
Об авторах
А. М. Гурьев
Алтайский государственный технический университет (АлтГТУ) им. И.И. Ползунова; Wuhan Textile University
Россия
Россия
Гурьев А.М. – докт. техн. наук, проф., зав. кафедрой «Начертательная геометрия и графика» АлтГТУ; проф. факультета машиностроения и автоматизации Уханьского текстильного университета
656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46
430073, P.R. China, Wuhan, Hongshan District, Textile Road, 1
С. Г. Иванов
Алтайский государственный технический университет (АлтГТУ) им. И.И. Ползунова
Россия
Россия
Иванов С.Г. – докт. техн. наук, вед. науч. сотр. научного управления
656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46
М. А. Гурьев
Алтайский государственный технический университет (АлтГТУ) им. И.И. Ползунова
Россия
Россия
Гурьев М.А. – канд. техн. наук, доцент кафедры «Машиностроительные технологии и оборудование»
656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46
В. Б. Деев
Wuhan Textile University; Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия
Россия
Деев В.Б. – докт. техн. наук, проф., гл. науч. сотр. лаборатории «Ультрамелкозернистые металлические материалы», проф. кафедры «Обработка металлов давлением» НИТУ «МИСиС»; проф. факультета машиностроения и автоматизации Уханьского текстильного университета
430073, P.R. China, Wuhan, Hongshan District, Textile Road, 1
119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4
М. В. Логинова
Алтайский государственный технический университет (АлтГТУ) им. И.И. Ползунова
Россия
Россия
Логинова М.В. – канд. техн. наук, ст. науч. сотр. проблемной научно-исследовательской лаборатории самораспространяющегося высокотемпературного синтеза
656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46
Список литературы
1. Baruwa A.D., Akinlabi E.T., Oladijo O.P. Surface coating processes: from conventional to the advanced methods (A short review). In: Selected articles from ICMMPE 2019. Advances manufacturing engineering. Lecture notes in mechanical engineering. Singapore: Springer, 2020. P. 483—494. https://doi.org/10.1007/978-981-15-5753-8_44.
2. Ovcharenko P.G., Makhneva T.M., Shabanova I.N., Terebova N.S. Composition of surface layers of titanium alloy after electrospark alloying. Metal Sci. Heat Treat. 2020. Vol. 62. P 195—198. DOI:10.1007/s11041-020-00553-w.
3. Hossam A. Kishawy, Ali Hosseini. Machining difficult-to-cut materials. Basic principles and challenges. Springer Intern. Publ. AG. Part of Springer Nature, 2019. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95966-5.
4. Тюрнина З.Г., Тюрнина Н.Г. Формирование износостойких и коррозионно-стойких покрытий на титане. Физика и химия стекла. 2012. Т. 38. No. 6S. С. 905—909.
5. Li C., Li M.S., Zhou Y.C. Improving the surface hardness and wear resistance of Ti3SiC2 by boronizing treatment. Surface Coat. Technol. 2007. No. 201. Р. 6005—6011. DOI:10.1016/j.surfcoat.2006.11.008.
6. Lizhi Liu. Surface hardening of titanium alloys by gas phase nitridation under kinetic control: Diss. of PhD. Cleveland: Case Western Reserve University, 2005. URL: https://etd.ohiolink.edu/apexprod/rws_etd/send_file/send?accession=case1094223428&disposition=inline (accessed: 29.07.2021).
7. Liu Y., Xu X., Xiao Y., Niu T., Tabie T., Li Chong, Li Chen. High-temperature oxidation behavior of Al-modified boronized coating prepared on Ti—6Al—4V by thermal diffusion. J. Mater. Eng. Perform. 2020. Vol. 29. P. 6503—6512. DOI:10.1007/s11665-020-05170-5.
8. Matsushita M. Boronization and carburization of superplastic stainless steel and titanium-based alloys. Materials. 2011. Vol. 4. Р. 1309—1320. DOI:10.3390/ma4071309.
9. Li Y., Su K., Bai P. Effect of TiBCN content on microstructure and properties of laser cladding Ti/TiBCN composite coatings. Met. Mater. Int. 2019. Vol. 25. P. 1366—1377. DOI:10.1007/s12540-019-00287-2.
10. Kobeleva L.I., Bolotova L.K., Kalashnikov I.E., Mikheev R.S., Kolmakov A.G. Effect of microcrystalline boron particles on structure and tribological properties of welded B83 babbitt layers. Inorg. Mater.: Appl. Res. 2020. Vol. 11. P. 1—6. DOI:10.1134/S2075113320010207.
11. Ivanov S.G., Guriev A.M., Starostenkov M.D., Ivanova T.G., Levchenko A.A. Special features of preparation of saturating mixtures for diffusion chromoborating. Russ. Phys. J. 2014. Vol. 57. P. 266—269.
12. Ivanov S.G., Guriev M.A., Loginova M.V., Deev V.B., Guriev A.M. Boriding of titanium OT4 from powder saturating media. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2017. Vol. 58. P. 244—249. DOI:10.3103/S1067821217030051.
13. Guryev A., Ivanov S., Guryev M., Mei S., Quan Z. Complex diffusion saturation of carbon steel 1045 with boron, chromium, titanium and silicon. IOP Conf. Ser.: Mat. Sci. Eng. 2021. Vol. 1100. P. 012048. DOI:10.1088/1757-899X/1100/1/012048.
14. Garmaeva I.A., Guriev A.M., Ivanova T.G. Comparative study of saturating power boriding media of different composition. Lett. Mater. 2016. Vol. 6. P. 262—265. DOI:10.22226/2410-3535-2016-4-262-265.
15. Hüseyin Ç., Kemal Ö.M., Hasan A., Mehmet L.A. Boriding titanium alloys at lower temperatures using electrochemical methods. Thin Solid Films. 2007. No. 515. Р. 5348—5352. DOI:10.1016/j.tsf.2007.01.020.
16. Song Jz., Tang W., Huang Jw., Wang Zk., Fan Xm., Wang Kh. Effects of boronizing treatment on microstructural development and mechanical properties of additively manufactured TC4 titanium alloys. J. Iron Steel Res. Int. 2019. Vol. 26. P. 329—334. DOI:10.1007/s42243-018-0216-y.
17. Fenghua L., Xiaohong Y., Jinglei Z., Zhanguo F., Dianting G., Zhengping X. Growth kinetics of titanium boride layers on the surface of Ti6Al4V. Acta Metall. Sin. A. 2010. Vol. 23. Р. 293—300.
18. Иванов С.Г., Гурьев М.А., Гурьев А.М., Романенко В.В. Фазовый анализ боридных комплексных диффузионных слоев на углеродистых сталях при помощи цветного травления. Фундам. пробл. современного материаловедения. 2020. Т. 17. No. 1. С. 74—77.
19. Kazakov A.A., Ryaboshuk S.V., Lyubochko D.A., Chigintsev L.S. Research on the origin of nonmetallic inclusions in high-strength low-alloy steel using automated feature analysis. Microsc. Microanal. 2015. Vol. 21. P. 1755—1756. DOI:10.1017/S1431927615009551.
20. Vander Voort G.F., Pakhomova O., Kazakov A. Evaluation of normal versus non-normal grain size distributions. Mater. Perform. Character. 2016. Vol. 5. P. 521—534. DOI:10.1520/MPC20160001.
21. ASM Handbook. Vol. 9: Metallography and microstructures. Ed. G.F. Vander Voort. ASM International, 2004. DOI:10.31399/asm.hb.v09.9781627081771.
22. Kazakov A., Kiselev D. Industrial application of thixomet image analyzer for quantitative description of steel and alloy’s microstructure. Metallogr. Microstruct. Anal. 2016. Vol. 5. P. 294—301. DOI:10.1007/s13632-016-0289-6.
23. Vander Voort G.F. Computer-aided microstructural analysis of specialty steels. Mater. Character. 1991. Vol. 27. P. 241—260. DOI:10.1016/1044-5803(91)90040-B.
24. Kazakov A.A., Kiselev D.V., Kazakova E.I. Methodological features of microstructural heterogeneity estimation by the thickness of steel plates. Chernye Metally. 2021. No. 7. P. 65—75. DOI:10.17580/chm.2021.07.06.
25. Kazakov A., Kovalev P., Ryaboshuk S. Metallurgical expertise as the base for determination of nature of defects in metal products. CIS Iron Steel Rev. 2007. Vol. 1—2. P. 7.
26. Liu Y., Chai L., Ma X., Cui Y., Chen Z., Xiang Z. Effect of boron addition methods on microstructure and mechanical properties of a near-α titanium alloy. In: Physics and engineering of metallic materials. CMC 2018. Springer proceedings in physics. Vol. 217. Singapore: Springer, 2019. DOI:10.1007/978-981-13-5944-6_6.
27. Chkhartishvili L., Tsagareishvili O., Mikeladze A., Chedia R., Kvatchadze V., Ugrekhelidze V. Highly stable boron carbide based nanocomposites. In: Handbook of nanomaterials and nanocomposites for energy and environmental applications. Springer, Cham., 2020. DOI:10.1007/978-3-030-11155-7_81-1.
28. Jiancheng G. High-pressure sintering of boron carbidetitanium diboride composites and its densification mechanism. J. Wuhan Univer. Technol-Mater. Sci. 2020. Vol. 35. DOI:10.1007/s11595-020-2264-y.
29. Biplab Sarma. Accelerated kinetics and mechanism of growth of boride layers on titanium under isothermal and cyclic diffusion: Diss. of PhD. Utah: University of Utah, 2011. URL: https://www.proquest.com/docview/858204585 (accessed: 29.07.2021).
30. Huang Y.G., Chen J.R., Zhang M.L., Zhong X.X., Wang H.Q., Li Q.Yu. Electrolytic boronizing of titanium in Na2B4O7—20%K2CO3. Mater. Manufact. Proces. A. 2013. Vol. 28. P. 1310—1313.
31. Vadchenko S.G. Dependence of the burning rates of tapes of Ti + xB mixtures on boron concentration. Combus. Explos. Shock Waves. 2019. Vol. 55. P. 177—183. DOI:10.1134/S0010508219020060.
32. Aich S., Chandran K.S., Ravi Ch. TiB Whisker coating on titanium surfaces by solid-state diffusion: synthesis, microstructure, and mechanical properties. Metall. Mater. Trans. 2002. Vol. 33A. Р. 3489—3498.
33. Malkin I., Klyuev V., Popov D., Ryazantseva A., Savenko V. Physical and chemical mechanics of the synthesis of boron-containing composite powders. Russ. J. Phys. Chem. A. 2020. Vol. 94. P. 490—495. DOI:10.1134/S0036024420030206.
34. Sanders A., Tikekar N., Lee C., Chandran K. Surface hardening of titanium articles with titanium boride layers and its effect on substrate shape and surface texture. J. Manuf. Sci. Eng. 2010. Vol. 131. Р. 1—8.
Рецензия
Для цитирования:
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 вузов. Цветная металлургия. 2022;28(1):60-66. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-60-66
For citation:
Guryev A.M., Ivanov S.G., Guryev M.A., Deev V.B., Loginova M.V. Influence of the composition of a boron-containing active medium in the form of a coating on the structure and properties of a diffusion layer on titanium parts. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2022;28(1):60-66. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2022-1-60-66
Просмотров:
311
Послать статью по эл. почте 