Формирование защитных диффузионных слоев и покрытий на высокоуглеродистых материалах сильноэкзотермическим взаимодействием химических реагентов в конденсированной фазе

Abstract

RU: Цель работы. Формирование защитных слоев и покрытий на деталях из высокоуглеродистых материалов методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Методы исследования. Металлографические исследования поверхности упрочненной детали позволили определить микротвердость отдельных участков. Полученные результаты. Изучены условия формирования защитных диффузионных слоев и покрытий на высокоуглеродистых материалах газотранспортной СВС- технологией. Получены сравнительные характеристики деталей, упрочненных в изотермических условиях и оптимальной технологией в условиях СВС. Разработанные составы порошковых СВС- смесей и технологический режим СВС- процесса формирования покрытий прошли испытания в промышленных условиях. Научная новизна. Основным упрочняющим элементом являлся бор, с небольшой добавкой кремния. В качестве исследованных материалов были выбраны следующие стали: Ст40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. Для составления СВС- смесей использовались смеси дисперсностью 250–400 мкм таких материалов: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Металл ографические исследования поверхности упрочненной детали позволили определить микротвердость отдельных участков. Установлено, что при повышении жаростойкости детали во всем температурно-временном интервале поверхностный силицированный слой состоит из двух фаз: внешней, представляющей собой силицид никеля Ni2Si, силицид гафния HfSi2 и карбидной фазы. В процессе нанесения защитного покрытия на высокоуглеродистый материал в последнем частично растворяется углерод подложки, о чем свидетельствует повышенная микротвердость слоя (Нμ = 35000– – 40000 МПа) и образование у границ раздела с основой карбида кремния толщиной 3–5 мкм. Содержание Si в поверхности слоя составляет 13 %. Анализ результатов сравнительных испытаний показал, что детали, упрочненные в оптимальном режиме в условиях СВС, имеют эксплуатационный срок службы в 2–2,5 раза больший, чем детали, упрочненные в условиях обычной химико-термической обработки. Практическая ценность. Исследовано промышленное использование разработанных порошкових СВС- смесей и технологических режимов в условиях производства ОАО «ЗСПЗ». Рассмотрено поверхностное упрочнение юбки волочильного барабана, которая связана с повышенным износом рабочей части. UK: Мета роботи. Формування захисних шарів і покриттів на деталях з високовуглецевих матеріалів методом самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС). Методи дослідження. Металографічні дослідження поверхні зміцненої деталі дозволили визначити мікротвердість окремих ділянок. Отримані результати. Вивчено умови формування захисних дифузійних шарів і покриттів на високовуглецевих матеріалах газотранспортною СВС- технологією. Отримано порівняльні характеристики деталей, зміцнених в ізотермічних умовах і оптимальною технологією в умовах СВС. Розр облен і склади порошкових СВС- сумішів і технологічний режим СВС-процесу формування покриттів пройшли випробування в промислових умовах. Наукова новизна. Основним зміцнювальним елементом був бор, з невеликою добавкою кремнію. За досліджувальні матеріали було обрано такі сталі: Ст40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. Для складання СВС-сумішів використовувалися суміші дисперсностью 250–400 мкм таких матеріалів: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Мет ал ографічні дослідження поверхні зміцненої деталі дозволили визначити мікротвердість окремих ділянок. Встановлено, що при підвищенні жаростійкості деталі у всьому температурно-часовому інтервалі поверхневий силіційований шар складається з двох фаз: зовнішньої, що являє собою силіцид нікелю Ni2Si силіцид гафнію HfSi2, і карбідної фази. В процесі нанесення захисного покриття на високовуглецевій матеріал в останньому частково розчиняється вуглець підкладки, про що свідчить підвіщена мікротвердість кулі (Нμ = 35000–40000 МПа) і утворення біля кордонів ропозділу з основою карбіду кремнію завтовшки 3–5 мкм. Вміст Si в поверхні кулі становить 13 %. Аналіз результатів порівняльних випробувань показав, що деталі, зміцнені в оптимальному режимі в умовах СВС, мають експлуатаційний термін використання в 2–2,5 рази Практична цінність. Показано промислове використання розроблених порошкових СВС- сумішів і технолог-ічних режимів в умовах виробництва ВАТ « ЗСПЗ». Розглянуто поверхневе зміцнення спідниці волочильного бара-бана, яка пов’язана з підвищеним зношенням робочої частини. EN: Purpose. Formation of protective layers and coatings on high-carbon materials by self-propagating high-temperature synthesis (SHS). Methods of research. Metallographic studies of the surface of the hardened part made it possible to determine the microhardness of individual sections. Results. The conditions for the formation of protective diffusion layers and coatings on high-carbon materials by gas-transported SHS-technology are studied. Comparative characteristics of parts strengthened under isothermal conditions and optimal technology under SHS conditions are obtained. The developed compositions of powder SHS-mixtures and the technological regime of the SHS process of coating formation were tested in industrial conditions. Scientific novelty. The basic strengthening element was boron, with a small addition of silicon. As materials studied, the following steels were selected: 40, Х12Ф1, Х12М, У8А, У10, У10А. For the preparation of SHS mixtures, mixtures of 250–400 мm dispersions were used for such materials: Si, B, Ti, Al, Cr2O3, Al2O3, Ni, Hf, Ta2O5, NH4Cl. Metallographic studies of the surface of the hardened part made it possible to determine the microhardness of individual sections. It has been established that with increasing the heat resistance of a part in the entire temperature-time range, the surface silicate layer consists of two phases: the external phase, which is the nickel silicide Ni2Si, hafnium silicide HfSi2, and the carbide phase. In the process of depositing a protective coating on the high-carbon material, the carbon partially dissolves in the latter, as evidenced by the increased microhardness of the layer (Нμ = 35000–40000 МPа) and the formation at the interfaces with a silicon carbide substrate 3–5 мm in thickness. The Si content in the surface of the layer is 13 %. The analysis of the results of comparative tests showed that the parts hardened in optimum conditions under SHS conditions have a service life by 2–2.5 times greater than those hardened in the conditions of conventional chemical-thermal treatment. Practical value. The industrial use of the developed powdered SHS-mixtures and technological regimes in the production conditions of JSC «ZSPZ» is shown. The surface hardening of the skirt of a drawing drum is considered, which is associated with an increased wear of the working part.