Дослідження кінетики борування на середньовуглецевій сталі

Анотація

У статті розглянуто закономірності формування боридних шарів на сталі 45 при боруванні в порошкових сумішах, досліджено вплив температури та тривалості насичення на структуру, мікротвердість і кінетику росту шару. Мета. Метою роботи є встановлення кількісних закономірностей формування боридних шарів на конструкційній сталі 45, дослідження впливу температури та тривалості насичення на структуру і мікротвердість шару, розроблення математичної моделі прогнозування товщини боридного шару залежно від параметрів процесу. Методика. Зразки зі сталі 45 піддавали боруванню в герметичних контейнерах у суміші карбіду бору, фторборату калію та оксиду алюмінію при температурах 850, 900 і 950°C з витримкою 4, 6 та 8 годин; товщину шару визначали за результатами не менше 50 вимірювань на зразок. Кінетику росту описували параболічним законом дифузії, температурну залежність – рівнянням Арреніуса. Статистичну обробку виконували методами дисперсійного та регресійного аналізу в рамках методології поверхні відгуку. Результати. Борування формує боридний шар з пилкоподібною морфологією. Товщина шару зростає від 102 до 308 мкм зі збільшенням температури та часу витримки. Визначено енергію активації дифузії бору – 193,0 кДж/моль та частотний фактор – 6,69∙10⁻⁴ м²/с. Мікротвердість боридної зони становить 16–20 ГПа і визначається фазовим складом, а не режимами обробки. Регресійна модель другого порядку описує товщину шару зі скоригованим коефіцієнтом детермінації 0,9904. Наукова новизна. Вперше для сталі 45 отримано повний комплекс кінетичних параметрів дифузії бору та розроблено регресійну модель, яка кількісно зв'язує товщину боридного шару з температурою та тривалістю обробки з точністю апроксимації 99,04%. Практична значимість. Модель є готовим інженерним інструментом для розрахунку режимів борування сталі 45 без додаткових дорогих експериментів і  може бути застосовна при виробництві зносостійких деталей без переходу на дорожчі матеріали