Кинетика формирования на конструкционных сталях карбидохромовых диффузионных слоев, полученных комплексной химико-термической обработкой

Рассмотрена кинетика формирования на сталях Ст3, 40Х, 40Х13, 12Х18Н10Т диффузионных слоев, содержащих карбиды хрома и α-твердый раствор, в результате комплексной химико-термической обработки. Комплексная химико-термическая обработка заключается в предварительной газовой цементации и последующем диффузионном легировании хромом в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. В результате исследований было выявлено, что на толщину диффузионного слоя на поверхности образцов, концентрацию и распределение хрома, а также на фазовый состав оказывают влияние химический состав стали, температура и длительность диффузионного насыщения. Диффузионный слой состоит из α-твердого раствора и карбидов одного (Cr₇C₃) или двух видов (Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆). При температурах диффузионного насыщения 1000 и 1025°C во всех исследуемых временных диапазонах, а также при длительности выдержки 60 мин и температурах 1050 и 1070°C диффузионный слой содержит карбиды Cr₇C₃. Выделение карбидов Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆ наблюдалось при температурах диффузионного насыщения (свыше 1050°C) при длительности выдержки от 180 мин.

1. Соколова И. С., Оборин А. В., Порозова С. Е. Модифицирование поверхности сталей, применяемых в арматуростроении // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2024.– № 18 (4). – C. 83–90. URL: https://doi.org/10.17073/1997-308X-2024-4-83-90

2. Красиков А. В., Меркулова М. В., Михайлов М. С., Пет ров С. Н. Наноструктура гальванических покрытий Ni–W, отожженных при различных температурах // Вопросы материаловедения. – 2024. – № 2 (118). – C. 46–54. URL: https://doi.org/10.22349/1994-6716-2024-118-2-46-54

3. . Колубаев А . В . , Сизова О . В . Структура и свойства покрытий, полученных способом газотермического напыления // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. – 2024. – № 67 (6). – C. 710–715. URL: https://doi.org/10.17073/0368-0797-2024-6-710-715

4. Yang K., Chen C., Xu G., Jiang Z., Zhang S., Liu X. HVOF sprayed Ni–Mo coatings improved by annealing treatment: Microstructure characterization, corrosion resistance to HCl and corrosion mechanisms // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – V. 19. – P. 1906–1921. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.181

5. . Liang J. , Liu Y. , Yang Sh. , Yin X . , Chen S. , Liu Ch. Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti–Al–Ni–Si composite coatings // Surface and Coatings Technology. – 2022. – V. 445. – P. 128727. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128727

6. Dervishi E., McBride M., Edwards R., Gutierrez M., Li N., Buntyn R., Hooks D. E. Mechanical and tribological properties of anodic Al coatings as a function of anodizing conditions // Surface and Coatings Technology. – 2022. – V. 444. – P. 128652. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128652

7. Bathini L., Prasad M. J. N. V., Wasekar N. P. Development of continuous compositional gradient Ni-W coatings utilizing electrodeposition for superior wear resistance under sliding contact // Surface and Coatings Technology. – 2022. –V. 445. – P. 128728. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128728

8. Китаев Н. И., Пичхидзе С. Я. Разработка ресурсосберегающей технологии диффузионного хромирования поверхностного слоя стали 12ХН3А при высокотемпературном микродуговом воздейст­вии // Технология машиностроения. – 2024. – № 8. – C. 22–28. DOI: 10.34641/TM.2024.266.8.052

9. Юльметова О. С., Щербак А. Г., Фомичев А. М., Новиков В. И. Технологические аспекты процесса формирования функциональных тонкопленочных покрытий на узлах прецизионных приборов // Металлообработка. – 2023. – № 3 (135). – С. 67–76.

10. Пашков М. В., Хисамутдинов Р. М. Технологические решения по нанесению специальных покрытий для повышения износостойкости деталей и узлов машин // Ползуновский вестник. – 2024. – № 3. – С. 223–227. URL: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2024.03.032

11. Zhang M., Shi X., Li Z., Xu H. Enhanced corrosion and wear resistance of gradient grapheneCrC nanocomposite coating on stainless steel // Carbon. – 2021. – V. 174. – P. 693–709. DOI:10.1016/j.carbon.2020.12.007

12. Wang D., Lin S., Zhen Y., Yin Z., Ye F., Gao X., Qiao Y., Xue Y., Yang H., Zhou K. Failure mechanisms of CrN and CrAlN coatings for solid particle erosion resistance // Vacuum. – 2022. – V. 204 (3). – P. 111313. DOI:10.1016/j.vacuum.2022.111313

13. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник. Т. 1 / Под общ. ред. Н. П. Лякишева. – М.: Машиностроение, 1997. – 1024 с.

14. Li Q., Song P., Zhang R., Li Zh., Wang Yu, Du P., Lu J. Oxidation behavior and Cr-Zr diffusion of Cr coatings prepared by atmospheric plasma spraying on zircaloy-4 cladding in steam at 1300 C // Corrosion Science. – 2022. – V. 203. – P. 110378. DOI: 10.1016/j.corsci.2022.110378

15. . Sahu J. N. , Sasikumar C . Development of hard and wear resistant surface coating on Ni-CrMo steel by surface mechano-chemical carburization treatment (SMCT) // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – V. 263. – P. 285–295. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2018.08.027

16. Nurakov S., Belotserkovsky M., Suleimenov T., Aitlessov K. Application of chemical-thermal treatment for hardening of sprayed with supersonic coatings // Procedia Computer Science. – 2019. – V. 149. – P. 360–364. DOI: 10.1016/j.procs.2019.01.149

17. Лахтин Ю. М., Арзамасов Б. Н. Химико-термическая обработка металлов: Учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия. – 1985. – 256 с.

18. . Meissner T. M . , Oskay C . , Bonk A . , Grégoire B . , Donchev A . , Solimani A . , Galetz M . C . Improving the corrosion resistance of ferritic-martensitic steels at 600°C in molten solar salt via diffusion coatings // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2021. – V. 227. – P. 111105. DOI: 10.1016/j.solmat.2021.111105

19. Пряхин Е. И., Михайлов А. В., Сивенков А. В. Технологические особенности поверхностного легирования металлических изделий Cr-Ni-комплексами в среде расплавов легкоплавких металлов // Черные металлы. – 2023. – № 2. – С. 58–66.

20. . Соколов А . Г. , Бобылёв Э. Э. , Попов Р. А. Особенности формирования диффузионных покрытий, полученных комплексной химико-термической обработкой конструкционных сталей // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2023.– № 25 (1). – С. 98–109. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.1-98-109

21. Sokolov A. G., Bobylyov E. E. Features and regularities in formation of diffusion nickelcopper coatings on steels in the medium of low-melting liquid-metal solutions // CIS Iron and Steel Review. – 2022. – V. 23. – P. 56–60. DOI: 10.17580/cisisr.2022.01.11

22. . Bobylyov E . E . , Storojenko I. D. Influence of Diffusion Alloying of Steel 20 in Medium of Low-Melting Liquid Metal Solutions by Elements of Ni–Cu System on Elemental Composition and Properties of Surface Layers // Inorganic Materials: Applied Research. – 2024. – V. 15, Is. 4. – P. 964–967. URL: https://doi.org/10.1134/S2075113324700461

23. . Sokolov A . G . , Bobylev E . E . , Storozhenko I . D . Mechanism and Peculiarities of Formation of Diffusion Coatings Based on Carbide-Forming Elements on Steel Surfaces in the Medium of Fusible Liquid-Metal Solutions // Steel Translation. – 2023. – V. 53. – P. 37–41. URL: https://doi.org/10.3103/S0967091223010114

24. Соколов А. Г., Бобылёв Э. Э., Марченко В. Д. Влияние комплексной химико-термической обработки на коррозионную стойкость стальных изделий // Ползуновский вестник. – 2023. – № 3. – С. 238–244. URL: https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.32

25. . Патент РФ № 2767108 . Соколов А . Г. , Бобылёв Э . Э . , Стороженко И . Д . , Попов Р. А . Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов. – 2022. – 9 с.