Борирование промышленных сталей и чугунов

Л.Г. Ворошнин

Беларусь, 1981 г.

ВЛИЯНИЕ СОСТАВА СТАЛИ  НА РЕЗУЛЬТАТЫ БОРИРОВАНИЯ

Влияние углерода

В большинстве работ, посвященных этому вопросу, отмечается существенное снижение углеродом толщины боридного слоя. Однако количественные результаты разных работ довольно противоречивы. Это можно объяснить рядом объективных причин: различным набором сталей, большими интервалами (0,2%С и больше) по углероду между соседними экспериментально полученными точками, неизбежными колебаниями в химическом составе сталей по постоянным примесям (Si, Mn, S, Р, N, Н, О), а также влиянием их платочных характеристик (наследственной склонностью к росту зерна, загрязненностью неметаллическими включениями и т. д.). При строгой количественной оценке влияния углерода на скорость формирования боридного слоя влияние указанных побочных факторов необходимо исключить. Последнее может быть достигнуто исследованием влияния углерода на цементированных образцах армко-железа по методике, описанной в работе [4]. Электролизное борирование цементированных образцов проводили при 900°С, плотности тока 0,25 А/см² в течение 2 ч. Полученные результаты приведены на рис. 1. Из них видно, что на кривой «Толщина слоя — содержание углерода» имеется два интервала интенсивного снижения углеродом толщины слоя: первый в области концентраций от 0,1 до 0,45%С и второй от 0,8 до 1,2%С и выше. Аналогичные результаты

получены при насыщении из порошковой смеси на основе ферробора [4].

Следовательно, способ борирования не изменяет характера влияния углерода на кинетику роста борированного слоя, а вносит лишь количественные изменения, связанные с различным фазовым составом образующихся диффузионных слоев. Это в свою очередь свидетельствует о том, что обнаруженные закономерности обусловлены не столько кинетикой самого борирования, сколько особенностями перераспределения углерода и процессе формирования боридного слоя. Как известно, углерод практически не растворим в боридных фазах и по мере формирования боридного слоя вытесняется в переходную зону. В переходной зоне углерод концентрируется преимущественно в подборидной зоне. По мере удаления от боридного слоя концентрация углерода быстро уменьшается (рис. 2).

В сталях с 0,1—0,4% С по мере увеличения содержания углерода максимальная концентрация углерода в подборидной зоне растет, а время ее достижения уменьшается. Толщина боридного слоя при этом довольно резко падает. В интервале концентраций от 0,5 до 0,8%С концентрация углерода

(и бора) быстро достигает некоторой предельной величины (близкой к пределу растворимости углерода и бора в аустените при температуре борирвания) и далее остается практически постоянной, т. е. устанавливается как бы равновесие между скоростью оттеснения углерода растущим боридным слоем и скоростью его диффузионного отвода в глубь стали. Так как с увеличением содержания углерода в стали коэффициент его диффузии в аустените увеличивается, то достижение предельных концентраций (бора и углерода) в сталях < 0,5 и 0,8%С разнится мало и толщина боридного слоя снижается незначительно.

При анализе влияния углерода на толщину слоя следует также иметь в виду, что с ростом углерода в стали скорость его диффузионного перераспределения, несмотря на увеличение коэффициента диффузии, должна замедляться вследствие уменьшения градиента концентрации углерода между подборидной зоной и сердцевиной стали. Все перечне ленные выше причины приводят к тому, что зависимость толщины боридного слоя от содержание углерода в интервале концентраций от 0,1 до 0,8%С имеет вид «кривой насыщения». При очень малых концентрациях углерода (от 0,04 до 0,10%) толщина боридного слоя практически не снижается, а иногда даже увеличивается.