Модификация поверхностных свойств легированных сталей карбидом бора и алюминием методом электронно-лучевой обработки

Институт физического материаловедения

Авторы: Мишигдоржийн У.Л. , Милонов А.С., Коробков Н.В., Семенов А.П.

Микроструктура образцов из легированных сталей после электронно-лучевой обработки: а, б – сталь 5ХНМ наплавка B4C и 0,8 B4C+0,2 Al; в, г – сталь 3Х2В8Ф наплавка B4C и 0,8 B4C+0,2 Al

Краткая характеристика основных технических параметров: Предложены подходы модификации поверхностных свойств стали 5ХНМ и 3Х2В8Ф карбидом бора и алюминием, методом электронно-лучевой обработки. Порошки B4C либо B4C и Al предварительно смешивали с этанолом до получения пастообразной композиции и наносили на обрабатываемую поверхность. Нагрев осуществляли стационарным пучком электронов в течение 20-300 с при удельной мощности ~5.7·102 Вт/мм2 (диаметр сканирующего электронного пучка ~ 1 мм). Остаточное давление в вакуумной камере не превышало 2·10-3 Па. Режимы обработки: ускоряющее напряжение 24 кВ, ток электронного пучка 20 мА. Металлографический и дюрометрический анализы показали, наблюдаются колебания значений микротвердости по глубине покрытия. Повышение микротвердости в приповерхностном слое происходит в результате структурных превращений (закалки) из жидкого состояния. Развиваются термические напряжения, способствующие фазовому наклепу и пластической деформации. Второй слой повышенной твердости образуется в результате закалки от высоких температур из области расплава. Слои пониженной микротвердости являются структурами отпуска.

Область возможного применения: Создание высокоэффективных процессов упрочнения металлов и сплавов в атомной, авиационной, машиностроительной и металлургической отраслях промышленности.

Степень готовности разработки к практическому применению: Бороалитирование поверхности изделий машин кузнечно-штампового, литейного производства.

Возможный технический и (или) экономический эффект от внедрения: Применение бороалитирования в литейном производстве позволяет увеличить количество отливок с 200 до 500 штук без смены деталей литейной оснастки. Финансово-экономические расчеты показали, что совершенствование технологий нанесения защитных покрытий с использованием предлагаемых методов позволит снизить материало- и энергоёмкость производства более чем на 20%.

Сравнительная характеристика с известными разработками: Подавляющее большинство разработок посвящено исключительно борированию, что сильно ограничивает применение борсодержащих покрытий. Проблема слоистости и фазовой неоднородности по глубине бороалитированного слоя не была решена. Бороалитирование позволит решить проблему не только низкой пластичности борсодержащих покрытий, но и обеспечить повышение комплекса механических и теплофизических свойств.

Сведения о патентоспособности и патентной защите разработки: Результаты исследований имеют признаки патентоспособности. Ожидаемая дата подачи заявки на патент Российской Федерации, IV квартал 2021 года.