Структура и триботехнические характеристик сталей после жидкостного борирования с добавками оксидов редкоземельных элементов

Исследовано влияние борирования на структуру и триботехнические характеристики сталей ВКС-5, Х12МФ, 40Х. Образцы обрабатывали в расплаве на основе тетрабората натрия и карбида бора с добавками оксидов лантана, иттрия и скандия в количестве 5 %. Показано, что этот вид ХТО является эффективным средством повышения триботехнической эффективности стальных сопряжений для условий эксплуатации без смазочного материала. Износ стали ВКС-5 падает в ≈ 6,7 раз после обработки в стандартном расплаве, в 5,0 4,2 и 3,6 раз соответственно в расплаве с добавками La₂O₃, Sc₂O₃ и Y₂O₃. Борирование стали Х12МФ в стандартном расплаве снижает коэффициент трения в 1,7 раза, износ — в 1,8 раза по сравнению со сталью без ХТО. Среднее значение коэффициента трения снижается в 2,9, 2,7 и 2 раза в расплавах с добавками La₂O₃, Y₂O₃ и Sc₂O₃ соответственно; интенсивность изнашивания в расплаве с La₂O₃ не существенно повышается, с Y₂O₃ — понижается в 1,6 раза, с добавкой Sc₂O₃ понижается в 1,3 раза. Борирование формирует износостойкие диффузионные слои на поверхности стали 40Х. Лучшие результаты по сочетанию двух триботехнических характеристик для пары трения сталь 40Х — сталь SS440 получены в условиях, когда сталь борировали в расплаве стандартного состава.

1. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г., Фахуртдинов Р.С., Алексеева М.С., Хренникова И.А., Красовский Д.С. Влияние ионно-плазменного азотирования и вакуумной цементации на износостойкость сталей ВКС-7 и ВКС-10 // Машиностроение и компьютерные технологии. — 2013, № 6, 391—402

2. Куксенова Л.И., Герасимов С.А., Алексеева М.С., Громов В.И. Влияние вакуумной химико-термической обработки на износостойкость сталей ВКС-7 и ВКС-10 // Авиационные материалы и технологии. — 2018, № 1(50), 3—8

3. Мордасов Д.М., Зотов С.В. Термоциклическая обработка штампов для работы в условиях горячего деформирования из стали Х12МФ // Вестник Тамбовского государственного технического университета. — 2016 (22), № 3, 481—490

4. Степанкин И. Н., Поздняков Е. П., Куис Д. В. Контактное изнашивание полутеплостойких штамповых сталей Х12М И Х12МФ с поверностно-модифицированным слоем // Трение и износ. — 2019 (40), № 1, 5—11

5. Коротков В. А. Влияние термической обработки на износостойкость сталей 45 и 40Х // Вестник машиностроения. — 2016, № 8, 48—51

6. Любарский И.М., Палатник Л.С. Металлофизика трения. — М.: Металлургия. — 1976

7. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов В.С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1977

8. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. — М.: Металлургия. — 1970

9. Состав для борирования стальных изделий из расплава: пат. SU 1617046 A СССР. № 1093727; заявл. 20.06.88; опубл. 30.12.90, бюл. № 48 / С.В. Дозморов, В.В. Бахмат, И.А. Антипов, Е.В. Лозморова, А.А. Брынский, В.Я. Копачев

10. Расплав для борирования стальных изделий: пат. SU 1093727 A СССР. №533671; заявл. 20.10.82; опубл. 23.05.84, бюл. № 19 / А.В. Ковалевский, Е.П. Присмотров, Ю.Д. Савельев, В.В. Сорока

11. Mei S., Zhang Y., Zheng Q., Fan Y., Lygdenov B., and Guryev A. Compound Boronizing and Its Kinetics Analysis for H13 Steel with Rare Earth CeO2 and Cr2O3 // Applied Sciences. — 2022 (12), no. 7, 3636

12. Zhang Y.W., Zheng Q., Fan Y., Mei S.Q., Lygenov B., and Guryev A. Effects of CeO2 Content, Boronizing Temperature and Time on the Microstructure and Properties of Boronizing Layer of H13 Steel // Mechanical and Corrosion Properties. Series A, Key Engineering Materials. — 2021 (45), 22—26

13. Ишмаметов Д.А., Помельникова А.С. Изучение структуры и свойств борированных слоев, полученных на разнолегированных сталях методом жидкостного безэлектролизного борирования в расплаве с добавкой оксида иттрия // Заготовительные производства в машиностроении. — 2023 (21), № 11, 511—520

14. Ишмаметов Д.А., Помельникова А.С., Румянцева С.Б. Влияние оксида лантана на структуру и свойства борированных слоев, полученных на низкоуглеродистой сложнолегированной стали // Технология металлов. — 2024, № 5, 2—9

15. Yuan K. A Study on RE Boronizing Process in a Titanium Alloy // Journal of Thermal Spray Technology. — 2021 (30), no. 4, 977—986