В работе проведено исследование процесса поверхностного диффузионного насыщения в условиях вакуума одновременно бором, хромом и титаном низкоуглеродистой низколегированной стали 30ХМА. Химикотермическую обработку проводили из насыщающей обмазки в вакуумной печи. Температура насыщения составляла 950 С, уровень вакуума 0,1 Па, время выдержки при температуре насыщения 2 ч. После окончания выдержки, нагрев отключался и образцы выдерживались в печи с работающей системой откачки до температуры 160 С, после чего печь открывалась, образцы извлекали и охлаждали на воздухе до комнатной температуры. После полного остывания образцы промывались в теплом мыльносодовом растворе. Показано, что диффузионное покрытие отличается от покрытия, которое формируется в условиях атмосферы отсутствует характерное для боридных покрытий игольчатое строение. Данные дюрометрического анализа свидетельствуют о формировании диффузионного покрытия толщиной до 150 мкм. Микротвердость покрытия изменяется от 3250 HV0,1 на поверхности до 1000 HV0,1 на отметке 150 мкм от поверхности. Толщина слоя боридов, определяемая металлографически, не превышает отметки 50 мкм, его средняя микротвердость 2600 HV0,1. Переходная зона, расположенная под слоем боридов, имеет структуру тростомартенсита, средняя микротвердость которого 1600 HV0,1. Основной металл имеет характерную для данной стали микроструктуру, в состав которой входят феррит в количестве порядка 35, остальное тростомартенсит. Микротвердость феррита находится на уровне 190210 HV0,1, тростомартенсита 700760 HV0,1.

Технологии термической и химико-термической обработки (ХТО) в вакууме являются передовыми методами получения требуемых структуры и свойств изделий машиностроения из металлов и сплавов. При нагреве в вакууме исключается воздействие окислительной атмосферы, исключаются нежелательные диффузионные процессы, увеличивается скорость нагрева. Процессы вакуумной цементации имеют широкое распространение в промышленности развитых стран. В настоящей работе проведены исследования возможности вакуумной цементации стали Х12Ф. Изучена микроструктура получаемого цементованного диффузионного слоя. Установлено, что при цементации высокоуглеродистых высоколегированных сталей типа Х12Ф, Х12М, Х12МФ сплошного карбидного слоя не образуется. Вместо этого в цементованном слое растет содержание обособленных карбидов, имеющих преимущественно глобулярную форму. Цементацию проводили по традиционной для вакуумных процессов ХТО схеме: нагрев до температуры закалки, выдержка при этой температуре в течение времени, достаточного для прогрева детали, подача активного газа, в качестве которого используется ацетилен. Давление в камере печи при подаче ацетилена поддерживается на уровне от 1000 до 3000 Па. По окончании насыщения следует закалка путем продувки камеры печи нейтральными газами (азот, аргон) под давлением. После закалки отпуск 180 С, 2 часа. Содержание карбидной фазы в цементованном слое возросло на 35-50 по сравнению с сердцевиной. При этом твердость сердцевины составила 62 HRC, твердость цементованной поверхности 63 HRC.

В работе проведен анализ морфологии и распределения карбидной фазы в хромистой стали ШХ15 в закаленном после борирования и отожженном состояниях. Установлено, что в закаленном состоянии распределение карбидной фазы более равномерное по сравнению с отожженным состоянием, в котором максимальная концентрация выделений карбидов регистрируется по границам зерен. Подсчет содержания карбидной фазы показал, что в закаленном состоянии количество карбидной фазы меньше, чем в отожженном состоянии, что свидетельствует о частичном переходе карбидной фазы в твердый раствор. Кроме того, в случае закаленного состояния форма карбидных частиц наиболее близка к сферической – фактор формы F2=0,94, тогда как в отожженной стали фактор формы F2 карбидных частиц составляет всего лишь 0,74. Анализ распределения карбидных частиц по размерам показывает, что в закаленном состоянии возрастает количество частиц в интервале размеров 0,7-1,5 мкм, что свидетельствует в пользу измельчения карбидных частиц при нагреве стали под закалку за счет их растворения и перехода карбидов в твердый раствор. При последующем резком охлаждении, из твердого раствора кристаллизуется дополнительное количество карбидных частиц. Однако в силу того, что скорость охлаждения достаточно высокая и значительно ограничивает временной интервал диффузии, вырасти до значительных размеров (более 1 мкм) вновь образовавшиеся частицы карбидов не успевают.