О природе повышенной склонности хромистых сталей к карбидообразованию при цементации

Цель. Исследование склонности хромистых сталей к карбидообразованию при цементации и установление факторов, определяющих повышенную склонность хромистых сталей к карбидообразованию.

Методы. Для исследования выплавлено в индукционной печи 12 плавок по 0,5 кг сплавов железа с марганцем, хромом и ванадием. Шихтой служили технически чистое железо и ферросплавы указанных металлов. Цементацию проводили в древесно-угольном карбюризаторе (размер зерен 1…3 мм), содержавшем 30% ВаСО₃.

Режим цементации: 920°С – 6 ч, охлаждение на воздухе в нераспакованном контейнере.

Результаты. Отмечено, что выделению цементита в зернистой форме способствуют большие положительные отклонения от идеальности в твердых растворах хрома в железе. Коэффициент активности хрома в сплавах Fe-Cr значительно выше единицы и составляет при 1000°С для сплавов, содержащих менее 10% Сr, 2,38. Большая величина коэффициента активности хрома свидетельствует о сильной тенденции к расслоению растворов Fe-Cr на две фазы и образованию флуктуаций хрома, на которых зарождение карбидов облегчено. Марганец стабилизирует цементит настолько слабо, что последний, как и в нелегированном аустените, не может образоваться в зернистой форме. Ванадий, в противоположность хрому и марганцу, не стабилизирует цементит, так как практически не растворяется в нем (растворимость V в Fe₃C составляет всего 0,4…0,5%, а образует более стойкий по сравнению с карбидами хрома карбид VC. По этой причине Fe₃C в ванадиевой стали при цементации не образуется, а общее содержание карбидной фазы, образовавшейся в процессе цементации, определяется содержанием карбидных частиц VC, которое определяется содержанием ванадия в стали.

Заключение. Повышенная склонность хромистых сталей к карбидообразованию при цементации обусловлена стабилизацией цементита хромом. В результате растворения хрома величина ΔG⁰ цементита возрастает настолько, что становится энергетически возможным его образование в зернистой форме. Образованию цементита в зернистой форме в хромистых сталях способствует также значительная величина коэффициента термодинамической активности хрома в аустените.

1. Комаров А. О., Белкин П. Н. Влияние поверхностно-активных веществ на характеристики анодной цементации конструкционных сталей // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. № 2. С. 46–49.

2. Кулинский А. Д., Попов А. В. Контроль качества цементации деталей металлорежущих станков с помощью распределений скачков намагниченности по полям старта // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2006. № 4 (24). С. 21–25.

3. Анализ эффективности газовых сред при вакуумной цементации / А. И. Мордовин, Л. П. Фомина, А. Е. Смирнов, Н. М. Рыжов // Упрочняющие технологии и покрытия. 2008. № 11 (47). С. 31–35.

4. Цементация и нитpоцементация теплостойких сталей в технологической атмосфеpе на основе азота / Л. П. Фомина, P. С. Фахуpтдинов, А. Е. Смиpнов, В. P. Васильев, А. И. Моpдовин // Технология машиностроения. 2006. № 11. С. 14–18.

5. Степанкин И. Н., Поздняков Е. П. К вопросу влияния предварительной термической обработки и поверхностного упрочнения на структуру, микротвердость и стойкость к контактному изнашиванию стали Х12М, упрочненной низкотемпературной нитроцементацией // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. 2016. № 2 (65). С. 36–44.

6. Чеpтов В. М. Особенности цементации мелких деталей // Технология машиностроения. 2006. № 3. С. 11–13.

7. Ахмедпашаев М. У. Механизм каpбидообpазования пpи цементации сложнолегиpованных матеpиалов на основе железа // Технология металлов. 2006. № 10. С. 21–23.

8. Рыжова М. Ю. Оптимальный pасход углеводоpода насыщающей газовой сpеды пpи цементации // Технология металлов. 2006. № 3. С. 6–10.

9. Повышение экологической чистоты цементации стали за счет использования пастообразных карбюризаторов повышенной активности / Д. В. Калмыков, Д. И. Губин, И. И. Губин, О. В. Летова // Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе. 2007. № 3. С. 29–31.

10. Тарасов А. Н. Структура и свойства диффузионных слоев, формирующихся на легированных сталях при цементации в активированных древесно-угольных смесях // Металловедение и термическая обработка металлов. 2007. № 2 (620). С. 32–35.

11. Алиев А. А., Ампилогов А. Ю., Алиев А. А.Цементация и нитроцементация автотракторных деталей в кипящем слое // Металловедение и термическая обработка металлов. 2009. № 4 (646). С. 31–33.

12. Повышение износостойкости восстановленных деталей цементацией при ремонте машин / М. А. Барабаш, Д. В. Колмыков, А. Н. Гончаров, В. И. Колмыков // Упрочняющие технологии и покрытия. 2009. № 5 (53). С. 44–47.

13. Перспективные стали для кожухов доменных агрегатов / Н. Н. Сергеев, А. Е. Гвоздев, А. Н. Сергеев, И. В. Тихонова, С. Н. Кутепов, О. В. Кузовлева, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2017. Т. 7, № 2(23). С. 6–15.

14. Принятие решений по статистическим моделям в управлении качеством продукции / Г. М. Журавлев, А. Е. Гвоздев, С. В. Сапожников, С. Н. Кутепов, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2017. Т. 21, № 5(74). С. 78–92.

15. Диффузия водорода в сварных соединениях конструкционных сталей / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов, А. Е. Гвоздев, Е. В. Агеев // Известия ЮгоЗападного государственного университета. 2017. Т. 21, № 6(75). С. 85–95.

16. Проведение рентгеноспектрального микроанализа твердосплавных электроэрозионных порошков / Е. В. Агеев, Г. Р. Латыпова, А. А. Давыдов, Е. В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 5 (44), ч. 2. С. 99–102.

17. Оценка эффективности применения твердосплавных электроэрозионных порошков в качестве электродного материала / Е. В. Агеев, Г. Р. Латыпова, А. А. Давыдов, Е. В. Агеева // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2012. № 1. С. 19–22.

18. Порошки, полученные электроэрозионным диспергированием отходов твердых сплавов – перспективный материал для восстановления деталей автотракторной техники / Е. В. Агеев, В. Н. Гадалов, Е. В. Агеева, Р. В. Бобрышев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2012. № 1(40), ч. 1. С. 182–189.

19. Исследование химического состава порошков, полученных электроэрозионным диспергированием твердого сплава / Е. В. Агеев, Б. А. Семенихин, Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов // Известия Юго-Западного государственного университета. 2011. № 5 (38), ч. 1. С. 138a–144.

20. Получение твердосплавных изделий холодным изостатическим прессованием электроэрозионных порошков и их исследование / Е. В. Агеева, Р. А. Латыпов, П. И. Бурак, Е. В. Агеев // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 5 (50). С. 116–125.