Introduction. Borocoppering is one of the methods of thermochemical treatment (TCT) aimed at forming diffusion layers with high physical and mechanical properties on the surface of carbon and alloy steels. The thickness of the diffusion layer is the most important characteristic of the TCT, which determines the depth of hardening. Consequently, the intensity and main characteristics of the TCT (layer thickness, alloying element concentration profile) depend on the process conditions (temperature, duration, and amount of alloying element). The purpose of this work is to determine the temperature-time parameters of diffusion borocoppering, which contribute to the formation of diffusion layers with a maximum thickness. The paper considers the results of surface hardening of carbon and alloy steels (for example, Steel 45 (0.45% C), Steel U10 (1.0% C), and 0.5C-Cr-Ni-Mn steel) by high-temperature soaking in powder mixtures containing boron and copper. Borocoppering was carried out in sealed containers with the powder mixture consisting of boron carbide, copper oxide, and sodium fluoride as an activator at a temperature of 950 °C for 3–5 h. The resulting specimens with a diffusion layer were examined using an optical microscope and a scanning electron microscope (SEM); the microhardness, elemental and phase composition of the layers were also determined, as well as the roughness of the obtained surfaces. Results and discussions. The microstructure of the obtained diffusion layers is studied; diagrams of the changes in the layers’ thickness and the microhardness distribution over the layers’ thickness are shown. It is established that with an increase in the soaking time from 3 to 5 h, the thickness of the diffusion layer increases from 120 to 170 μm on Steel 45 (0.45% C); from 110 to 155 µm on Steel U10 (1.0% C) and from 130 to 230 µm on 0.5C-Cr-Ni-Mn steel. A gradual decrease in the concentration of boron and copper along the layer thickness from 15–16% and 2–3% on the surface, respectively, to zero values at the boundary with the base metal is revealed. It is established that borocoppering to the formation of more thick boride layers on the surface of carbon and alloy steels compared to pure boriding. Moreover, an increase in the duration of soaking during the process contributes to the greatest increase in the thickness of the layer on 0.5C-Cr-Ni-Mn steel. A study of microgeometry is carried out, microtopographies and profilograms of specimens’ surfaces are shown before and after borocoppering. It is established that the roughness after borocoppering increases by 2-3 times compared to the initial one, and an increase in the duration of the process does not have a significant effect on the roughness.

В работе представлены сравнительные исследования структуры, микротвердости, коэффициента диффузии и пластичности борированного и боромедненного слоев, полученных на низкоуглеродистой стали Ст3 за время выдержки 3, 4 и 5 ч при помощи разработанного совмещенного твердофазного метода с использованием высокотемпературного синтеза насыщающих элементов из окислов бора и медив процессе термической обработки (ТО), что приводит к интенсификации процесса легирования поверхности железоуглеродистых сплавов (ЖУС). При чистом борировании в процессе химической термообработки (ХТО) формирование покрытия происходит по классическому варианту с образованием слоя со структурой игольчатые кристаллиты, ориентированные от поверхности вглубь металла. После 5-ти часовой обработки формируется двухфазное покрытие из высшего борида FeB с микротвердостью 21-22 ГПа и расположенного под ним слоя низшего борида Fe2B с микротвердостью 18-19 ГПа. Толщина слоя высшего борида составляет до трети от общей протяженности борированного покрытия. Максимальная длинна игл для борирования составила 120 мкм, Структура боромедненного покрытия также имеет структуру игольчатых кристаллитов, но отличается более плотной упаковкой и большей длинной игл – до 200 мкм. При боромеднении устанавливает положительный градиент роста микротвердости от поверхности вглубь слоя с максимальной величиной 18-18,5 ГПа на расстоянии 10…20 % от поверхности от общей толщины покрытия. Коэффициент диффузии бора при наличии в грануле окиси меди увеличивается до 4-х раз, определенный расчетом и уравнениями, полученными при помощи программного обеспечения Excel. Величина хрупкости eпред для борирования составила 1,25-1,27, для боромеднения – 2,21-2,42, что оценивается баллами хрупкости: для борирования – 3, для боромеднения – 1. Наличие окиси меди в реакционной грануле способствует диффузии бора вглубь ЖУС с формированием фазы из низшего борида железа, что положительно сказывается на финишной обработке и эксплуатации обрабатываемых деталей.