Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Кинетика образования, металлургические и трибологические свойства поверхностного слоя борида железа на стали ASTM A572

М. Кеддам, М Ортис-Домингес, А Крус-Авилес, И Моргадо-Гонсалес, О. А. Гомес-Варгас, Е Кардосо-Легоррета, Х. Зуно-Сильва

Аннотация


Исследованы структура, когезионные и трибологические свойства стали ASTM A572 (российский аналог сталь Ст6сп) после пакетного борирования в порошкообразной смеси при температурах 1123 – 1273 К в течение 2 – 8 ч. Проведен микроструктурный анализ боридных слоев с использованием светового и сканирующего электронного микроскопов. Выполнена оценка когезии слоев диборида с подложкой из стали ASTM A572. Рассчитан коэффициент трения и сопротивление изнашиванию при испытаниях по схеме “штифт на диске”. Установлено, что полученные после борирования поверхностные слои состояли из боридов железа, имели зубчатую морфологию и толщину 37,40 ± 6,5 – 238 ± 36,4 мкм. Для изучения кинетики процесса борирования применяли подход, основанный на определении среднего коэффициента диффузии бора в Fe2B с использованием энергии его активации для постоянного инкубационного периода. Результаты расчета этим методом проверены экспериментально для двух дополнительных условий борирования при 1123 и 1273 К, 10 ч.

Ключевые слова


борирование; кинетика; метод среднего коэффициента диффузии (MDC); инкубационный период; энергия активации бора.

Полный текст:

PDF

Литература


Kulka M. Trends in thermochemical techniques of boriding / In: Current Trends in Boriding, Engineering Materials. Springer, Cham, Switzerland, 2019. P. 17 – 98.

Kayali Y., Taktak S. Characterization and Rockwell-C adhesion properties of chromium-based borided steels // J. Adhes. Sci. Technol. 2015. V. 29, Is. 19. P. 2065 – 2075.

Smol’nikov E. A., Sarmanova L. M. Study of the possibility of liquid boriding of high-speed steels // Met. Sci. Heat Treat. 1982. V. 24, Is. 11. P. 785 – 788.

Gunes I., Ulker S., Taktak S. Kinetics of plasma paste boronized AISI 8620 steel in borax paste mixtures // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2013. V. 49. P. 567 – 573.

Lyakhovich L. S., Dolmanov F. V., Isakov S. A. Boriding of steels in gaseous media // Met. Sci. Heat Treat. 1982. V. 24, Is. 4. P. 260 – 263.

Jain V., Sundararajin G. Influence of the pack thickness of the boronizing mixture on the boriding of steel // Surf. Coat. Technol. 2002. V. 149, Is. 1. P. 21 – 26.

Campos I., Oseguera J., Figueroa U. et al. Kinetic study of boron diffusion in the paste-boriding process // Mater. Sci. Eng. A. 2003. V. 352, Is. 1 – 2. P. 261 – 265.

Kulka M., Makuch N., Pertek A., Maldzinski L. Simulation of the growth kinetics of boride layers formed on Fe during gas boriding in H2–BCl3 atmosphere // J. Solid State Chem. 2013. V. 199. P. 196 – 203.

Keddam M., Kulka M. Mean diffusion coefficient method in studying armco iron boriding kinetics // Met. Sci. Heat Treat. 2020. V. 62, Is. 5 – 6. P. 326 – 330.

Villa Velбzquez-Mendoza C. I., Rodrнguez-Mendoza J. L., Ibarra-Galvбn V. et al. Effect of substrate roughness, time and temperature on the processing of iron boride coatings: experimental and statistical approaches // Int. J. Surf. Sci. Eng. 2014. V. 8, Is. 1. P. 71 – 91.

Kayalэ Y., Kara R. Investigation of wear behavior and diffusion kinetic values of boronized Hardox-450 steel // Prot. Met. Phys. Chem. Surf. 2021. V. 57. P. 1025 – 1033.

Campos I., Islas M., Gonzбlez E. et al. Use of fuzzy logic for modeling the growth of Fe2B boride layers during boronizing // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201, Is. 6. P. 2717 – 2723.

Ortiz-Domнnguez M., Keddam M., Elias-Espinosa M. et al. Characterization and boriding kinetics of AISI T1 steel // Metall. Res. Technol. 2019. V. 116, Is. 1. P. 1 – 11.

Delai O., Xia C., Shiqiang L. Growth kinetics of the FeB/Fe2B boride layer on the surface of 4Cr5MoSiV1 steel: experiments and modelling // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 11. P. 1272 – 1280.

Keddam M., Kulka M. Simulation of boriding kinetics of AISI D2 steel by using two different approaches // Met. Sci. Heat Treat. 2020. V. 61, Is. 12. P. 756 – 763.

Lopez Perrusquia N., Doсu Ruiz M. A., Vargas Oliva E. Y., Suarez V. C. Diffusion of hard coatings on ductile cast iron // MRS Proceedings. 2012. V. 1481. P. 105 – 112.

Yalamaз E., Tьrkmen Э., Fэrtэna Ц. Characterization and kinetic analysis of iron boride layer formed on the GGG 70 ductile cast iron // Trans. Indian Inst. Met. 2021. V. 74. P. 1701 – 1711.

Azouani O., Keddam M., Allaoui O., Sehisseh A. Kinetic analysis of pack-borided gray cast iron // Mater. Perform. Charact. 2021. V. 10, Is. 1. P. 226 – 236.

Vidakis N., Antoniadis A., Bilalis N. The VDI 3198 indentation test evaluation of a reliable qualitative control for layered compounds // J. Mater. Process. Technol. 2003. V. 143 – 144. P. 481 – 485.

Taktak S. Some mechanical properties of borided AISI H13 and 304 steels // Mater. Des. 2007. V. 28, Is. 6. P. 1836 – 1843.

Yu L. G., Chen X. J., Khor K. A., Sundararajan G. FeB/Fe2B phase transformation during SPS pack-boriding: Boride layer growth kinetics // Acta Mater. 2005. V. 53, Is. 8. P. 2361 – 2368.

Okamoto H. B–Fe (boron-iron) // J. Phase Equilibria Diffus. 2004. V. 25. P. 297 – 298.

Ugaste Y. On the interstitial phase growth kinetics at diffusional precipitation of metals / In: Chemical and Thermal Treatment of Metals and Alloys. Belarus Technical Institute Press, 1977. P. 40 – 42.

Martini C., Palombarini G., Carbucicchio M. Mechanism of thermochemical growth of iron borides on iron // J. Mater. Sci. 2004. V. 39. P. 933 – 937.

Sen S., Sen U., Bindal C. An approach to kinetic study of borided steels // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 191, Is. 2 – 3. P. 274 – 285.

Campos-Silva I., Hernandez-Ramнrez E. J., Contreras-Hernбndez A. et al. Pulsed-DC powder-pack boriding: Growth kinetics of boride layers on an AISI 316L stainless steel and Inconel 718 superalloy // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 421. 127404.

Kartal G., Eryilmaz O. L., Krumdick G. et al. Kinetics of electrochemical boriding of low carbon steel // Appl. Surf. Sci. 2011. V. 257, Is. 15. P. 6928 – 6934.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.2.13-20

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024