Открытый доступ Открытый доступ  Ограниченный доступ Доступ для подписчиков

Кинетика роста, структура и свойства покрытий Fe2B, полученных при борировании стали ASTM A709

М. Ортис-Домингес, М. М. Кеддам

Аннотация


Исследована сталь ASTM A709 после борирования в порошковой смеси, содержащей карбид бора, фторборат калия и карбид кремния, при температурах 1123 – 1273 К в течение 2 – 8 ч. Изучены структура и свойства сформированных слоев борида дижелеза с использованием методов сканирующей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда, микротвердости, поверхностной профилометрии, когезии при вдавливании по Роквеллу-С и испытаний на изнашивание на штифтодисковой машине (pin-on-disc tests). Рассчитаны коэффициенты диффузии бора в Fe2B с использованием кинетического подхода, основанного на интегральном методе, и энергия активации процесса. Проведен сравнительный анализ полученных результатов с литературными данными. Адекватность модели подтверждена путем сравнения эмпирических значений толщины слоев Fe2B, полученных после борирования при 1223 и 1273 К в течение 9 ч, с расчетными.

Ключевые слова


борирование; борид дижелеза; кинетика роста; микроструктура; интегральный метод; энергия активации

Полный текст:

PDF

Литература


Sepsi M., Szobota P., Mertinger V. Quasi-non-destructive characterization of carburized case depth by an application of centerless x-ray diffractometers // J. Mater. Eng. Perform. 2022. V. 31. P. 4668 – 4678.

Koga N., Tanahara K., Umezawa O. Deformation structure around a crack in ｢-Fe4N layer of nitrided extra-low-carbon steel subjected to cyclic tensile test // Metall. Mater. Trans. A. 2022. V. 53. P. 1150 – 1155.

Belaid M., Fares M. L., Assalla O., Boukari F. Surface characterization of a modified cold work tool steel treated by powder-pack boronizing // Materwiss. Werksttech. 2022. B. 53. S. 15 – 38.

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

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. P. 261 – 265.

Türkmen I., Yalamaç E. Effect of alternative boronizing mixtures on boride layer and tribological behaviour of boronized SAE 1020 steel // Met. Mater. Int. 2022. V. 28. P. 1114 – 1128.

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. P. 785 – 788.

Kulka M., Makuch N., Piasecki A. Nanomechanical characterization and fracture toughness of FeB and Fe2B iron borides produced by gas boriding of Armco iron // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 325. P. 515 – 532.

Sikorski K., Wierzchoń T., Bieliński P. X-ray microanalysis and properties of multicomponent plasma-borided layers on steels // J. Mater. Sci. 1998. V. 33. P. 811 – 815.

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

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

Türkmen İ., Yalamaç E., Keddam M. Investigation of tribological behaviour and diffusion model of Fe2B layer formed by pack-boriding on SAE 1020 steel // Surf. Coat. Technol. 2019. V. 377. 124888.

Morgado-González I., Ortiz-Dominguez M., Keddam M. Characterization of Fe2B layers on ASTM A1011 steel and modeling of boron diffusion // Mater. Testing. 2022. V. 64. P. 55 – 66.

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

López Perrusquia N., Antonio Dońu Ruiz M., Vargas Oliva E. Y., Cortez Suarez V. Diffusion of hard coatings on ductile cast iron // Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 2012. V. 1481. P. 105 – 112.

Ortiz-Domínguez M., Campos-Silva I., Hernández-Sánchez E. et al. Estimation of Fe2B growth on low-carbon steel based on two diffusion models // Int. J. Mater. Res. 2011. V. 102. P. 429 – 434.

Nait Abdellah Z., Keddam M., Jurči P. Simulation of boronizing kinetics of ASTM A36 steel with the alternative kinetic model and the integral method // Koroze Ochr. 2021. V. 65. P. 33 – 39.

Ramdan R. D., Takaki T., Yashiro K., Tomita Y. The effects of structure orientation on the growth of Fe2B boride by multi-phase-field simulation // Mater. Trans. 2010. V. 51. P. 62 – 67.

Campos-Silva I., Ortiz-Domínguez M., Villa Velázquez C. et al. Growth kinetics of boride layers: a modified approach // Defect Diffus. Forum. 2007. V. 272. P. 79 – 86.

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. P. 2361 – 2368.

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

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. P. 1836 – 1843.

Ortiz-Domínguez M., Gómez-Vargas O. A., Keddam M. et al. Kinetics of boron diffusion and characterization of Fe2B layers on AISI 9840 steel // Prot. Met. Phys. Chem. S. 2017. V. 53. P. 534 – 547.

Villavvelázquez-Mendoza C. I., Rodríguez-Mendoza J. L., Ibarra-Galván 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. P. 71 – 91.

Кеддам M., Ортис-Домингес M., Крус-Авилес A. и др. Кинетика образования, металлургические и трибологические свойства поверхностного слоя борида железа на стали ASTM A572 // МиТОМ. 2023. № 2. С. 13 – 20. [Keddam M., Ortiz-Domínguez M., Cruz-Avilés A. et al. Kinetic investigation, metallurgical and tribological properties of diiron boride layers on ASTM A572 steel // Met. Sci. Heat Treat. 2023. V. 65, No. 2. P. 74 – 81.

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

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

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

Arslan M., Kagan Coskun O., Karimzadehkhoei M. et al. Evaluation of pulse current integrated CRTD-Bor for boron diffusion in low carbon steel // Mater. Lett. 2022. V. 3081. 131299.

Milinović A., Marušić V., Samardžić I. Research into boride layers growth kinetics on C45 carbon steel // Metalurgija. 2016. V. 55. P. 671 – 674.

Su Z. G., Lv X. X., An J. et al. Role of RE element Nd on boronizing kinetics of steels // J. Mater. Eng. Perform. 2012. V. 21. P. 1337 – 1345.

Fang H. M., Zhang G. S., Xia L. S. Properties and growth kinetics of the boride layer of a boriding-strengthened Fe-based powder metallurgical material // Strength Mater. 2021. V. 53. P. 65 – 72.




DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2023.9.11-21

© Издательский дом «Фолиум», 1998–2024