Современные проблемы машиностроения

Подождите немного. Документ загружается.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

251

Не может не вызывать удивления тот факт, что все поле знаний о 118-и известных в

2010 г. элементах, к ак бы «приватизировано» исключительно химиками. Они даже элементы

до сих пор называют химическими. Сегодн я это нельзя расценить иначе, к ак нонсенс. Плохо

то, что вслед за хими ками идут по их стопам и многие физики, что подтверждает и самая

свежая публикация заведующего кафедрой «Физика металлов и новые материалы» в Сиб-

ГИУ [3].

В отличие от химиков физики, рассматривая ПСЭ с привлечением понятий об элек-

тронных орбиталях в атомах, энергиях ионизации, энергии связи нуклонов в ядрах атомов и

др., до сих пор своего варианта ПСЭ не имеют. Поэтому они вынужденно используют хими-

ческие варианты представления таблиц Д.И. Менделеева.

Такое положение дел в науке и в образовании сложилось исторически за 140 лет раз-

вития ПСЭ.

Сегодня к традиционным вариантам представления ПСЭ накопилась уже критическая

масса неувязок, которые и предстояло исключить.

В качестве исходного образца принят вариант среднепериодной (18-и - клеточной)

таблицы элементов, рекомендованной ИЮПАК в последней четверти ХХ-ого века для по-

всеместного применения

Следуя знаменитым предсказаниям Д.И. Менделеева свойствах трех эка-элементов

неизвестных в 1870-ом году, вариант таблицы в данной работе назван экастреднепериодным.

На рисунке 1 представлен экасреднепериодный вариант системы Д.И. Менделеева с

учетом в учетом ее конечности, разработанный в Юргинском технологическом институте

(филиале) Томского политехнического университета.

Перечислим те изменения, которые претерпел при этом традиционный среднепериод-

ный вариант:

- Длина 18-клеточного варианта н ами увеличена нами до 19-клеточного. Введение

еще одной клетки, в которой интегрально представлены все гомологи лантана и актиния, по-

зволило исключить вынос 28 f-элементов за пределы основного элементного поля таблицы.

По аналогии такую же процедуру можно ос уществить и в корот копериодном варианте ПСЭ.

Среднепериодный и к ороткопериодный варианты ПСЭ подробно рассмотрены в [4]. Несмот-

ря на то, что в аннотации к этому обширному и обобщающему труду сказано, сто в нем: «..

получена строгая форм а периодической системы Д.И. Менделеев а …» на стр. 87 са м автор

отмечает недостатки своих построений. Однако эти недостатки он считает несущественными

в сил у чрезвычайно малых периодов полураспада актиноидов и трансактиноидов. В итоге,

таблица из 118 элементов, приведена на рис. 1.6, предстает совершенно не убедительной и

уж, как минимум, требует перестроения. Указанная работа А.М. Апасова – выпускника ФТФ

ТПУ дополнила ПСЭ фторидами. Совершенно иной путь анализа ПСЭ предложил др угой

выпускник ФТФ ТПУ Э.К. Спирин в монографии [5]. Авторы не имеют намерения в этой

статье углубляться в анализ трудов коллег по ЮТИ ТПУ и продолжаю далее перечень отли-

чий своего варианта от традиционного.

- Вместо значений атомной массы элементов указано массовое число ядер атомов для

наиболее устойчивого изотопа элемента. Это позволяет добиться большей четкости прочте-

ния физической и нформации, выраженной не в дробных, часто до пяти значащих цифр после

запятой, а в целых числах. Справочники позволяют выяснить число известных изотопов и

интегральную атомную массу элемент а.

- В варианте ПСЭ, разработанных в ЮТИ НИТПУ, представлены 172 атома элемента

Вещества, скомпонованн ые в 12 периодов, 7 классов и 32 группы. По состоянию на сентябрь

2010 г. экспериментально открыто 118 элементов. В традиционных таблицах они скомпоно-

ванны в 7 периодов и, в зависимости от вида таблицы, в 32 группы (длиннопериодный вари-

ант); 18 групп (среднепериодный вариант) и в 8 - 10 групп (короткопериодный вариант).

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

252

Рис. 1 Экасреднепериодная система атомов элемента вещества, разработанная

в ЮТИ ТПУ с 2005 по 2010 гг.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

253

Заметим, что в существующих 140 лет таблицах элементов, стр уктурная рубрика

классы отсутствует.

Ни у кого и никогда не вызывала и не вызывает сомнений информация о том, что пе-

риодическая система Д.И. Менделеева – вершинный научный образец естественных класси-

фикаций [6,7].

Однако, объект ивность существования этой принципиально важной структурной руб-

рики – классы появилась и получила доказательства лишь совсем недавно [1]. Есть основа-

ния полагать, что и Д.И. Менделеев интуитивно ощущал потребность в этой рубрике, но об-

наружить ее в то время было невозможно.

Открытие объективно существующей р убрики «классы» придает ПСЭ логическую за-

вершенность.

В завершение укажем, что в таблице представлен ключ согласования фи зической и

химической систем идентификации элемента, разработанный в ЮТИ НИ ТПУ.

Литература

1. Градобоев А.В., Матвеев В.С. Закономерности строения элементов и конечность

периодической системы Д.И. Менделеева – Томск: Издательство ТПУ, 2008 – 183 с.

2. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. Издание 5. – М.: Высшая школа, 2007 – 527 с.

3. Афанасьев В.К. Периодическая система химических элементов Афанасьева. Нов ый

взгляд. // Известия ВУЗов «Черная металлургия» №6 – 2010. – С. 49-52.

4. Апасов А.М. Нанок ристаллическое состояние металлов и сплавов – Томск: Изда-

тельство ТПУ, 2009 – 840 с.

5. Сп ирин Э.К., Спирин К.Э. Новые возможности Периодического закона Д.И. Мен-

делеева. – Томск: Издательство ТПУ 2009 – 162 с.

6. Воронин Ю.А. Теория классифицирования и ее приложения – Новосибирск: Наука,

1985 – 232 с.

7. Розова С.С . Классификационная проблема в современной науке – Новосибирск:

наука, 1986 – 222 с.

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МИКРОСТРУКТУРЫ НА РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ NI-ZN ФЕРРИТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

С.Б. Меньшова

, к.т.н., Н.В. Голованова

, к.т.н., доц., С.Б. Бибиков

, к.ф.-м.н., с.н.с.,

Пензенский государственный университет,

442500 г. Пенза, ул. Красная, 40, тел.(841-2)-368-298,

E-mail: savva_72@mail.ru

Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН,

Москва, ул.Косыгина, д.4, тел.(495)-930-14-24

E-mail: sb@deom.chph.ras.ru

Введение. С огласно закону РФ «О государственном регулировании в области обеспе-

чения электромагнитной совместимости технических средств», уж есточаются требования к

уровню электромагнитного излучения электронных и электрических устройств, входящих в

состав изделий современного машиностроения. Испытания на соответствие требованиям

проводятся в безэховых камерах, стены которых облицованы радиопоглощающими покры-

тиями (РПП) и радиопоглощающими материалами (РПМ) [1]. В мировой практике для по-

глощения электромагнитных волн в диапазоне от сотен кГц до 1 ГГц используются радиопо-

глощающие материалы (РПМ) на основе ферритов, в частности Ni-Zn ферритов. Однако в

России выпуск ферритовых РПМ еще не налажен. Актуальны разработки т ехнологических

основ изготовления и налаживание отечественного производства ферритовых РПМ.

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

254

Предпосылки проведения исследований. Известно, что магнитные п отери поликри-

сталлического ферритового материала в области низких частот определяются средним раз-

мером зерна: с увеличением среднего размера зерн а увеличивается мнимая часть комплекс-

ной магнитной проницаемости





определяющая потери электромагнитной энергии [2]:





 j-

(1)

Управляя средни м размером зерна, можно управлять величиной магнитных потерь

ферритового материала.

Окончательное формирование микроструктуры ферритов происходит на заключи-

тельной стадии спекания в процессе собирательной или вторичной рекристаллизации, кото-

рая может быть инициирована повышением времени или температуры спекания, леги рова-

нием феррита небольшим количеством легкоплавких эвтектик: оксида меди или висмута.

Авторы предположили, что вторичная рекристаллизация может быть инициирована

также добавлением в состав оксидов небольшого количества (2-2,5% по массе) более круп-

ной фракции (с размером частиц 50-100 мкм) готового ферритового материала того же со-

става, пол ученного дроблением спеченных заготовок. В качестве легкоплавкой эвтектики

была поставлена задача испытать оксид висмута Bi

: крупные ионы висмута Bi

(0,213н м)

будут выходить из решетки шпинели, образованной плотной укладкой анионов к ислорода

(0,132 нм), в п устотах между которыми располагаются сравнительно небольшие катионы

металлов. Сегрегируясь по границам зерен, висмут будет образовывать межзеренные про-

слойки, которые будут оказывать сопротивление движению доменных границ при колебани-

ях, возб ужденных внешним электромагнитным полем.

Считается [3], что электромагнитные потери ферритовых РПМ вызваны процессами

резонанса доменных границ (РДГ) и естественным ферромагнитным резонансом (ЕФМР).

Эти частоты у Ni-Zn ферритовых материалов близки, поэтому для расширения интервала ра-

диопоглощения необходимо снизит ь частоту РДГ или увеличить частоту ЕФМР. Для ч асто-

ты ЕФМР справедливо [3]:

,422

МНН

АЕФМРА





(2)

где



– гиромагнитное отношение,

– намагниченность насыщения;

– напряжен-

ность поля анизотропии, которая пропорциональная константе кристаллографической маг-

нитной анизотропии. С уменьшением содержания цинка в зернах константа кристаллогра-

фической магнитной анизотропии и напряженность поля анизотропии увеличивается, и час-

тота ЕФМР сдвигается в сторону верхних частот.

Для феменологического описания РДГ используют уравнение Деринга[4]:

HMx

гр





(4)

где



гр

эффективная масса доменной границы, x – координата границы,



– обобщен-

ный квазиупругий коэффициент, выражающий некоторую упругую силу, возвращающую

границу в положени е устойчивого равновесия;



– обобщенный диссипативный коэффици-

ент, характеризующий необратимые потери энергии в системе при действии на неѐ обоб-

щенной силы

со стороны внешнего магнитного поля;

– намагниченность на-

сыщения,

– напряженность магнитного поля [4].

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

255

Проводя аналогию с гармоническим осциллятором, можно заключить, что увеличение

эффективной массы доменных границ (и среднего размера зерна), приведет к снижению час-

тоты РДГ, что важно для расширения рабочего интервала ферритового РПМ.

Экспериментальная часть. Были изготовлены 4 экспериментальные партии ферри-

товых РПМ. Первая была изготовлена по стандартной технологии получения Ni-Zn феррита

марки 1000НН. В процессе изготовления второй партии использовали легирующую добавку

, добавляемую на стадии второго помола. Температ уру спекания снизили с 1350ºС, ха-

рактерной для базовой партии, до 1300ºС. Вторая партия отличалась от партии базового со-

става введением в пресс-порошок 2,5 % кр упной фракции (50 -100 мкм) феррита, соответст-

вующего изготавливаемому по химическому составу. Предположительно, что наличие в спе-

каемом материале п одобных центров кристаллизации будет ини циировать процесс вторич-

ной рекристаллизации [2]. Температура спекания также составила 1300 ºС. Третья партия ха-

рактеризовалась меньшим количеством, - 2% крупной фракции, вводимой перед операцией

прессования и температурой спекания 1300ºС.

Образцы Ni-Zn ферритов всех четырех опытных партий были выполнены в форме

шайб с наружным диаметром 16 мм и внутренним диаметром 7

-0,05

мм, толщиной 6мм. Для

проведения микроструктурного и рентгеноструктурного анализов из каждой партии было

отобрано по 5 образцов. Результаты анализов в пределах данной выборки были практически

идентичными.

Для снятия коэффициентов отражения и комплексных коэффициентов магнитной

проницаемости, - из каждой партии было отобрано по 5 образцов. Разброс эксперименталь-

ных данных внутри выборки не превышал 3 %.

Измерения коэффициентов отражения в диапазоне частот 0.3 МГц  1300 МГц прово-

дились при различной толщин е образцов на лабораторном стенде, созданном на базе измери-

теля комплексных коэффициентов передачи "Обзор-103", сопряженного с компьютерной

системой регистрации и обработки сигнала. Образцы помещались в коаксиальную измери-

тельную ячейку с рабочим сечением в области размещения образца 16/6.95 мм, согласован-

ную с коаксиальным из мерительным трактом. Расчѐт комплексной магнитной проницаемо-

сти проводился по разработанной лабораторной программе, на основе известного метода

«короткого замыкания - холостого хода» [5]. Измерения коэффициента отражения образцов

на металлической пластине проводились в режиме короткого замыкания.

Обсуждение результатов. Наиболее характерные снимки микроструктуры, получен-

ные на сканирующем микроскопе фирмы «Карл Цейс Йена», п редставлены на рис.1. Видно,

что размер зерна действительно отличается от партии к партии.

а)

б)

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

256

в)

г)

Рис.1 Снимки микроструктуры образцов, полученные на сканирующем микроскопе фирмы «Карл

Цейс Йена» а) образец базовой партии 1000НН; б) образец партии, легированной оксидом висму-

та; в) образец партии с добавлением 2,5% более крупной фракции готового феррита; г) образец с

добавлением 2% более крупной фракции готового феррита того же состава

На большинстве снимков микроструктуры, полученных на изломе образцов, содер-

жащих висмут, видны белые протяженные п рослойк и по границам зерен. Они неравномерно

расположены на изломе образца, отличаются по п ротяженности и толщине. Результаты рент-

геноструктурного анализа показали, что внутри зерен висмута нет, тогда как он весь нахо-

дится в указанных белых включениях

На рис.2 приведены кривые коэффициента отражения К

отр

для образцов базовой пар-

тии и партии, содержащей 2,5% более крупной фракции. На рис. 3 приведены кривые коэф-

фициента отражения К

отр

, измеренные для образ цов партий, которые содержат висмут и 2%

более крупной фракции.

Рис. 2. Измерения коэффициента отражения на металлической пластине (режим «КЗ»)

образцов Ni-Zn феррита партии базового состава и партии,

содержащей 2,5% крупной фракции готового феррита

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

257

Рис. 3. Измерения коэффициента отражения на металлической пластине (режим «КЗ»)

образцов Ni-Zn феррита партий, содержащих 2% оксида висмута

и 2% крупной фракции готового феррита

Экспериментальные спектры магнитной проницаемости были получены для образ цов

указанных партий в диапазоне частот 300 кГц – 1,3 ГГц. Разброс эк спериментальных данных

для каждого из 5 образцов не превышал 3 %. Оказалось, что у образцов базовой партии час-

тоты РДГ и ЕФМР составили соответственно 3МГц и 9МГц; у образцов, содержащих вис-

мут, - 2МГ ц и 10МГц. Резонансные частоты для образцов, содержащих 2,5% более крупной

фракции готового феррита того же состава, соответствуют 5МГц и 35МГц; а у содержащих

2% крупной фракции - 2МГц и 10МГц.

На снимках микроструктуры (рис.1) видно, что у образцов базовой партии средний

размер зерна около 10 мкм, у образцов, содержащих висмут, зѐрна крупнее в 2-3 раза, у об-

разцов с 2% более крупной фракции готового феррита того же состава зерна крупнее в 3-5

раз, чем у образцов базовой партии. У образцов партии, содержащей 2,5% крупной фракции,

зерна крупнее, чем у партии базового состава примерно в 1,5 раза, и наблюдается некоторый

разброс зерен по размеру. У образцов с более крупными зернами частоты РДГ меньше, чем у

образцов базовой партии, на 1МГц. Увеличение частоты ЕФМР у указанных образцов до

10МГц может быть обусловлено большим, чем у образцов базовой партии 1000НН, количе-

ством внутренних напряжений, сформированных благодаря включениям висмута по грани-

цам зерен.

Интерес представляют образцы, приготовленные с добавлением 2,5% более крупной

фракции. У них наблюдается сдвиг в область более высоких частот областей РДГ и ЕФМР.

Видимо, это связано, с наибольшим количеством внутренних напряжений в материале.

Именно у образцов да нной партии н аблюдается значительный разброс зерен по размерам.

Рентгенографический анализ, проведенный на установке ДРОН-3, показал, что содержание

цинка в середине зерна у образцов указанной партии меньше, чем у образц ов остальных пар-

тий, то есть наблюдалось выделение цинка по границам зерен. Это привело к увеличению

константы кристаллографической магнитной анизотропии и увеличению частоты ЕФМР, со-

гласно (2) и (3), а так же к увеличению внутренних напряжений, которые также способству-

ют сдвигу частоты ЕФМР в область более высоких частот [6].

Характеристики коэффициентов отр ажения показали, что наилучшими эксплуатац и-

онными показателями обладают образцы с наибольшим размером зерна - легированные ви с-

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

258

мутом и приготовленные с добавкой 2% крупной фракции готового феррита того же состава.

Образцы базовой партии (рис. 2) имеет недостаточной поглощение электромагнитной энер-

гии во всем частотном диапазоне. Недостатком образцов п артии, содержащей 2,5% более

крупной фракции, является недостаточное поглощение в интервале частот до 50 МГц.

Результатом проведенных исследований являются следующие выводы:

1. Увеличение среднего размера зерна приводит к уменьшению частоты РДГ, расши-

рению интервала абсорбции электромагнитной энергии, снижению коэффициента отражения

до -28 дБ и ниже.

2. Из рассмотренных технологических приемов, проведенных с целью увеличения

среднего размера зерна, наиболее эффективными оказались легирование 2% оксидом висму-

та, добавляемого на стадии второго помола, а также дошихтовка 2% крупной фракции (с

размером частиц 50-100 мкм) готового феррита, соответствующего изготавливаемому по хи-

мическому составу.

3. Сдвиг области ЕФМР обусловлен большим количеством внутренних напряжений в

готовом ферритовом материале, а также увеличением константы кристаллографической маг-

нитной анизотропии за счет выхода цинка из зерна. Увеличение внутренних напряжений

возникает из-за образования межзеренных прослоек, содержащих висмут и цинк.

Литература

1. Никольский, В. В. Электродинамика и распространение радиоволн / В. В. Николь-

ский, Т.И. Никольская. – М.: Наука, 1989. – 273 с.

2. Крутогин, Д. Г. Элементы и устройства магн итоэлектроники: лабораторный прак-

тикум / Д. Г. Крутогин. – М.: МИСИС, 2008. – 81 с.

3. Гуревич, А. Г. Магнитный резонанс в ферритах и антиферромагнетиках / А. Г. Гу-

ревич. – М.: Наука, 1973. – 573 с.

4. Смит Я. Ферриты / Я. Смит, Х. Вейн. – М.: Изд-во иностранной литературы, 1962. – 503 с.

5. Брандт А.А. Исследование диэлектриков на сверхвысоких частотах / А. А. Бр андт. –

М.: Физматгиз, 1963. – 404 с.

6. Алексеев, А.Г. Физические основы технологии Stealth / А. Г. Алексеев, Е.А. Шта-

гер, С. В. Козырев. – С-Пб.: ВВМ, 2007. – 284 с.

СКОРОСТНОЕ БОРИРОВАНИЕ СТАЛЕЙ 65Г И 50ХГА

Н.М. Мишустин, аспирант; А.В. Ишков, к.х.н., д.т.н., проф., В.В. Иванайский, к.т.н., доц.

ФГОУ ВПО «Алтайский государственный аграрный университет»,

656049, г. Барнаул, пр-т Красноармейский, 98, тел. 8-(3852)-62-83-80,

Е-mail: olg168@rambler.ru

Для улучшения физико-механических характеристик поверхности различных деталей,

их упрочнения и повышения срока сл ужбы в технологии машиностроения ши роко применя-

ются методы химико-термической обработки (ХТО), заключающиеся в одновременном воз-

действии на стальные поверхности температурных градиентов и веществ, химически реаги-

рующих с материалом детали [1]. При ХТО на поверхн ости металла образуются различные

функциональные покрытия, преимущественно диффузионной природы, содержащие как не-

металлические (С, N, S, Si, P, B), так и металлические ( Cr, Ti, Al, Ni и др.) элементы в раз-

личных фазовых состояниях, а также продукты их взаи модействия с основным материалом

детали (карбиды, нитриды, карбонитриды, интерметаллиды и пр.).

Среди современных процессов ХТО особое место занимают технологии насыщения

поверхностного слоя конструкционных и легированных сталей бором - борирование. При

борировании на поверхности стальной детали удается получать протяженные слои, отли-

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

259

чающиеся высокой твердостью и прочностью, стойкостью к коррозии, абразивной стойко-

стью и высоким сопротивлением изнашиванию [2]. Однако большинство из известных про-

цессов борирования длительны и плохо встраиваются в технологические схемы современных

производств.

Интенсификация процессов ХТО и, в частности, борирования, может осуществляться

с применением технологий кратковременного, высокоскоростного нагрева поверхности

стальной детали с нанесенным на нее борирующим составом токами высокой частоты (ТВЧ-

нагрев) до температур образования новых фаз и эвтектик (1100-1350 оС) в системах Fe-B,

Fe-B-C и Fe-Me-B-C, где Ме - это легирующий элемент из группы Cr, Mn, Ni и т.п [3]. При

этом в отличие от хорошо из ученных процессов борирования легированных сталей из засы-

пок и обмазок при температурах до 950 оС [4], открытыми остаются общие вопросы особен-

ности химического взаимодействия компонентов в таких системах, фазового состояния и

свойств образующихся продуктов.

В представленном докладе приводятся результаты исследований процессов скорост-

ного борирования сталей 65Г и 50ХГА, осуществляемого при ТВЧ-нагреве, а также структу-

ра и некоторые характеристики получающихся износостойких боридных покрытий.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В качестве основных объектов исследования были выбраны легированные углеродистые

стали - марганцевая 65Г и хромомарганцевая 50ХГА. В качестве борирующих агентов использо-

вали технический карбид бора В4С и аморфный бор. В качестве флюса использовали известный

состав для индукционной наплавки, состоящий из прокаленной буры, борного ангидрида, сили-

кокальция и сварочного флюса АН-348А (30% Na2B4O7, 20% B2O3, 10% CaSi2, 40% АН-348А)

- флюс П-0,66. Активаторами борирования служили CaF2 и NH4Cl.

ТВЧ-нагрев образцов осуществляли в петлевом водоохлаждаемом медном индукторе

диаметром 160 мм, подключенном к высокачастотному ламповому генератору ВЧГ 7-60/0,066.

Настройка контура и геометрия индуктора обеспечивали нагрев исследуемых образцов до

температуры 1300-1350

С в течение 40-60 сек, с последующей стабилизацией. После выдерж-

ки при указанной температуре в течение от 1 до 2 мин образцы вынимались из индуктора, сво-

бодно остывали, после чего определялись их характеристики известными методами.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Как известно классические технологии печного борирования основываются на посте-

пенном (в течение 0,5-6 ч) насыщении поверхности стального изделия бором из различных

паст, обмазок, жидкой или газовой среды при температурах процесса от 750 до 950

С. При

этом в качестве источ ников бора применяются различные его соединения (В

, В

С, ВF

Na[BF

] и др.), способные разлагаться на активные элементы при температурах процесса. В

зависимости от фазового состояния борирующего агента различают твердофазное и жидкое

борирование, а также борирование из газовой фазы [4].

Так, нами были исследованы шесть вариантов смесей для скоростного борирования

при ТВЧ-нагреве стали 65Г. Смеси отличались природой борирующего агента, составом, на-

личием флюсующихся компонентов, активаторов (а) и дополн ительных технологических

присадок. Составы использованных смесей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Состав некоторых смесей для скоростного борирования при ТВЧ-нагреве, %

Смесь

Борирующий агент

Активатор

Флюс П-0,66

Iа

C (84)

Cl (6)

C (84)

–

IIIа

B (90)

CaF

(5)

V Международная научно-техническая конференция

«Современные проблемы машиностроения»

______________________________________________________________

260

С уменьшением плотности борирующей фазы и увеличением температуры процесса

его скорость в интервале температур от 800 до 950

С возрастает незначительно, поэтому для

их интенсификации используют совместное н асыщение поверхности сразу несколькими

элементами или термоциклирование [5]. Если же температура процесса превышает 1100-

1300

С, то в виду начинающихся процессов в ысокотемпературной структурной перестройки

в сталях, скорости борирования резко возрастают в 2-4 раза при увеличении температуры н а

каждые 15-20

С, то есть процесс переходит из диффузионной зоны в зону химической реак-

ции. Так при температуре 1200 -1300

С, по данным [6], удается за несколько ми нут получить

толщин у однофазного боридного слоя до 0,2-0,4 мм, при этом нагрев детали осуществляется

специальной термитной смесью.

При ТВЧ-нагреве стали 65Г, покрытой исследуемыми борирующими составами при

выбранных параметрах процесса на всех образцах образую тся очень твердые покрытия, по

внешнему виду напоминающие слой наплавленного твердого сплава. Рентгенофазовый ана-

лиз материала покрытий показал присутствие в н их -Fe, боридов FeB и Fe

B, карбоборидов

(C,B) и Fe

(C,B)

, различных мета- и ортоборатов железа (Fe

, Fe

), следы

вюстита FeO и шпинели FeOFe

. Таким образом, при ТВЧ-нагреве легированных углеро-

дистых сталей под слоем флюса П-0,66, содержащего от 84 до 90 % борирующих агентов на

их поверхности образуются сложные боридные фазы, упрочняющие поверхность детали и

прочно с ней связанные, а окисные пленки удаляются вместе со шлаком.

Для выяснения характеристик и структуры полученных слоев, а также состояния бо-

ридов в них были получены микрофотографии шлифов. Типичные структуры полученных

боридных слоев приведена на рис. 1. Как видно из ри сунка 1, при выбранных температурных

условиях и времени борирования структура и состояние границы полученных износостойких

слоев отличаются, н о во всех случаях, в отличие от классических боридных иглообразных

двухфазных слоев, на поверхности образцов образуется более стойкая в условиях тяжелого

абразивного, знакоп еременного и ударного износа пластичная боридная эвтектика с выра-

женной или диффузионной границей. Изменений структуры основного металла из-за пере-

грева не наблюдается.

Для смесей, содержащих в качестве борирующего агента одинаковое количество кар-

бида бора, схожее количество флюсующегося компонента и отличающихся только наличием

активатора NH

Cl, способствующего усилению обратимых диффузионных и транспортных

процессов, особенно при низких температурах, в начале процесса борирования, наблюдается

образование мелкозернистой струк туры эвтектических включений с микротвердостью не

выше 700-750, толщин ой слоя 0,16 мм и четко различимой границей раздела с основным ме-

таллом (рис. 1а).

а.

б.

в.

Рис. 1. Микрофотографии (300



) борированных слоев на стали 65 Г,

полученных за 1 мин из различных смесей: а. - Iа, б. - II, в. - IIIа

Для аналогичной смеси II без этого активатора, наблюдается выраженный рост денд-

ритов, островов и друз боридной фазы с микротвердостью до 1050-1120, толщиной слоя 0,28

мм и диффузной границей раздела боридного слоя с основн ым металлом (рис. 1б). С амыми

реакционноспособными оказались смеси на основе аморфного бора (рис. 1в), так в смеси IIIа,