CC BY
5Литература
1. Старцев В.О. Климатическая стойкость полимерных композиционных материалов и защитных покрытий в умеренно-теплом климате. // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов. Москва, 2018 . 308 с.
2. Каблов Е.Н., Лебедев М.П., Старцев О.В., Голиков Н.И. Климатические испытания материалов, элементов конструкций, техники и оборудования в условиях экстремально низких температур. // Труды VI Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. Том 1. Якутск, 24-29 июня 2013 г. Якутск, Ахсаан, 2013, С. 5-7.
3. Каблов Е.Н., Старцев В.О. Системный анализ влияния климата на механические свойства полимерных композиционных материалов по данным отечественных и зарубежных источников. // Авиационные материалы и технологии. 2018. № 2. С. 47-58.
4. Pochiraju K. V. [et all.]. Long-Term Durability of Polymeric Matrix Composites // Long-Term Durability of Polymeric Matrix Composites / под ред. Pochiraju K. V., Tandon G.P., Schoeppner G.A. Boston, MA: Springer US, 2012. 677 p.
5. Ageing of composites / ed. Martin R. Cambridje: Woodhead Publishing Limited, 2008. 544 p.
6. Lebedev M.P., Startsev O.V., Kychkin A.K. The effects of aggressive environments on the mechanical properties of basalt plastics // Heliyon. 2020. Vol. 6, No 3. Article e03481.
7. Startsev V.O., Lebedev M.P., Kychkin A.K. Influence of moderately warm and extremely cold climate on properties of basalt plastic armature // Heliyon. 2018. Vol. 4. Article e01060.
8. Исакаев Э.Х., Мордынский В.Б., Подымова Н.Б., Сидорова Е.В., Школьников Е.И. Определение пористости газотермических покрытий // Физика и химия обработки материалов. 2010. № 5. С. 71-77.
DOI: 10.24412/cl-37269-2024-1 -230-234
ОЦЕНКА КОРРОЗИОННОЙ СТОЙКОСТИ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ БОРИДНЫХ СЛОЕВ НА ШТАМПОВЫХ СТАЛЯХ
Мишигдоржийн У.Л.1, Улаханов Н.С.1, Гуляшинов П.А.2, Тихонов А.Г.3, Нгуен Ван Вин3, Балановский А.Е.3
1 Институт физического материаловедения СО РАН, г. Улан-Удэ 2 Байкальский институт природопользования СО РАН, г. Улан-Удэ 3 Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск
Способность сопротивления коррозии является одним из основных свойств металлических изделий, работающих в условиях агрессивных и влагосодержащих сред. Такие методы поверхностного упрочнения сталей и сплавов как борирование и бороалитирование позволяют значительно повысить физико-механические свойства изделий, в том числе коррозионную стойкость. В настоящей работе проведено упрочнение сталей 5ХНМ и 3Х2В8Ф упомянутыми методами и проведена оценка их коррозионной стойкости с помощью потен-циостат-гальваностата "ПИ-50-Pro" в 3%растворе NaCl. Борирование проводили в насыщающих пастах из карбида бора, алюминия (только при бороалитировании) и фторида натрия в качестве активатора при температуре 950 и 1050 °С в течение 2 ч. Установлено, что упрочнение приводит к формированию диффузионных слоев толщиной от 15 мкм до 12*102 мкм. Снятые кривые "потенциал - ток (Е-I)" демонстрируют, что все покрытия обладают коррозионной стойкостью, превышающей стойкость необработанных образцов. Наибольшее сопротивление коррозии продемострировали образцы после бороалитирования при температуре 950°С для обеих сталей.
Введение. Борирование применяется для повышения износостойкости и коррозионной стойкости металлов и сплавов. Подавляющее большинство работ в области борирования посвящено износостойкости. Однако, зачастую упрочняемые детали и инструменты работают под действием износа и механических нагрузок в условиях агрессивных и влагосодержащих сред. Поэтому способность сопротивления коррозии является одним из основных характеристик изделий горного, нефтегазового машиностроения. В отечественной литературе коррозионная стойкость боридных слоев освящена крайне мало. В работе [1] исследованы коррозионные свойства нержавеющей стали 08Х18Н10Т после жидкостного борирования. Проведенные испытания в 5% солевом растворе и в камере солевого тумана показали, что после жидкостного борирования коррозионная стойкость данной стали не ухудшается. При этом, поверхностная микротвердость стали значительно возрастает после борирования. В зарубежных источниках встречаются работы по исследованию кинетики окисления борированных низкоуглеродистых сталей [2, 3]. Коррозионные свойства штамповых и быстрорежущих сталей рассмотрены в работах турецких ученых [4-6]. Борирование легированных сталей аустенитного и мартенситного класса для повышения их коррозионных свойств рассмотрено в работах американских и китайских ученых [7-9].
Несмотря на наличие работ в данном направлении необходимо отметить, что отсутствуют данные по коррозионным испытаниям распространенных штамповых сталей 3Х2В8Ф и 5ХНМ после борирования. Помимо этого, для многокомпонентных боридных слоев, например, бороалитированных, также отсутствуют сведения по коррозионным свойствам указанных марок сталей. Целью данной работы является оценка коррозионных свойств штамповых сталей 3Х2В8Ф и 5ХНМ после борирования и бороалитирования.
Методика. В качестве исследуемых материалов выбраны инструментальные штампо-вые стали 3Х2В8Ф и 5ХНМ (табл. 1 и 2).
Таблица 1. Химический состав стали 3Х2В8Ф, вес.%
C Si Mn Ni P S Cr Mo W V Cu Fe
0.3-0.4 0.15-0.4 0.15-0.4 до 0.35 до 0.03 до 0.03 2.2-2.7 до 0.5 7.5-8.5 0.2-0.5 до 0.03 86.16-89.5
Таблица 2. Химический состав стали 5ХНМ, вес.%
C Si Mn S P Cr Ni Cu Mo Fe
0.5-0.6 0.1-0.4 0.5-0.8 до 0,03 до 0,03 0.5-0.8 1.4-1.8 до 0,3 0.15-0.3 94.94-96.85
Стальные образцы размером 80^60 мм и толщиной 1,8 мм подвергали бо-рированию и бороалитированию в насыщающих пастах. Обработку осуществляли в насыщающих пастах, содержащих порошки карбида бора, алюминия и фторида натрия в качестве активатора следующего состава: 80% B4C + 16% А1 + 4% NaF [10]. Порошки смешивали с органическим клеем и наносили на образцы. Полученные брикеты просушивали при температуре 50-100 °С в течение двух часов в сушильной камере. Далее брикеты загружали в предварительно нагретую до температуры обработки печь. Длительность обработки составляла 2 ч, температура - 950 и 1050 °С. Охлаждение образцов проводили вне печи на спокойном воздухе при комнатной температуре. Исследование микроструктуры проводили с помощью оптической и растровой электронной микроскопии, на приборах МЕТ 2С Альтами и JSM-6510LV JEOL в ЦКП «Прогресс» ФГБОУ ВО Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления. Оценка поведения коррозии на диффузионных слоях для сталей 3Х2В8Ф и 5ХНМ выполнена с помощью потенциостат-гальваностата "ПИ-50-Рго" в 3% растворе №С1 (Рис. 1).
Рис. 1. Гальваностат "ПИ-50-Pro" с установленными образцами
В результате борирования на поверхности сталей получают диффузионные слои толщиной 15-20 мкм на стали 3Х2В8Ф и 65-75 мкм на стали 5ХНМ (Рис. 2).
Рис. 2. Микроструктура боридного слоя на стали 3Х2В8Ф (а) и 5ХНМ (б)
В результате бороалитирования на поверхности сталей получают диффузионные слои толщиной 4,2хШ2-12*102 мкм, состоящие из боридов и алюминидов железа, а также твердых растворов (Рис. 3) [11].
Рис. 3. Микроструктура бороалитированного слоя на стали 5ХНМ (а) 950 °С, (б) 1050 °С
и 3Х2В8Ф (в) 950 °С, (г) 1050 °С [11]
Результаты. Снятые кривые потенциал - ток (Е-I) приведены на рисунке 4. Линии зависимости для всех покрытий имеют участок посередине, параллельный горизонтальной оси, а затем ток коррозии резко возрастает для в диапазоне потенциалов -300-(-200) мВ. Форма этих линий показывает, что все покрытия обладают коррозионной стойкостью, превышающей исходный образец без диффузионного слоя. Наибольшая стойкость у диффузионных слоев после бороалитирования. Причем потенциал стали 3Х2В8Ф выше после ХТО при 950 X, по сравнению с обработкой при 1050 X, а для стали 5ХНМ потенциалы сопоставими для обоих темпретурных режимов бороалитирования.
С помощью аппроксимирующей кривой с величиной достоверности аппроксимации получены средние значения тока и потенциала коррозии, приведенные в таблице 3. Наиболее высокое значение тока коррозии получено в исходных образцах без диффузионного слоя, где дополнительное воздействие оказывает наличие микротрещин в поверхности после механической обработки, вследствие чего поверхность быстрее окисляется при контакте с коррозионной средой. Потенциал коррозии Екор для диффузионных слоев наибольший после бороалитирования при 950 X для обеих сталей. Известно, что алюминий в диффузионном слое повышает коррозионное сопротивление за счет его пассивации в агрессивных средах. Известно, бороалитирование при 950 X обеспечивает максимальное содержание алюминия в слое [11].
Рис. 4. Зависимости силы тока (мА) от потенциала (мВ) относительно хлорсеребряного электрода для диффузионных слоев на стали: а) 3Х2В8Ф; б) 5ХНМ
Таблица 3. Средние значения тока и потенциала коррозии покрытий
Марка Вид обработки I кор., мА/см2 E кор., мВ
стали
Исходный 0,1523 -938
3Х2В8Ф Борирование 950 °С 0,0661 -978
Бороалитирование 950 °С 0,0661 -1052
Бороалитирование 1050 °С 0,0789 -967
Исходный 0,1817 -1022
5ХНМ Борирование 950 °С 0,0661 -1043
Бороалитирование 950 °С 0,0661 -1100
Бороалитирование 1050 °С 0,1321 -1013
Заключение. Борирование и бороалитирование повышают коррозионную стойкостью сталей 3Х2В8Ф и 5ХНМ.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 19- 79-10163-П).
Литература
1. Химико-термическая обработка стали 08Х18Н10Т для повышения ее эксплуатационных характеристик / А. А. Красуля, А. А. Пермитина, А. С. Помельникова, С. Г. Цих // Заготовительные производства в машиностроении. 2021. Т. 19, № 9. С. 419-421. DOI 10.36652/1684-1107-2021-19-9-419-421
2. Suwattananont N., Petrova R. S. Oxidation Kinetics of Boronized Low Carbon Steel AISI 1018 // Oxidation of Metals. 2008. № 5-6 (70). P. 307-315. DOI 10.1007/s11085-008-9123-0
3. Oxidation stability of boride coatings /. Ptacinova [et al.] // Kovove Materialy. 2015. Vol. 53. P. 175-186. DOI 10.4149/km-2015-3-175.
4. Properties and Corrosion Resistance of AISI H13 Hot-Work Tool Steel with Borided B4C Powders / A. Gunen [et al.] // Metals and Materials International. 2020. № 9 (26). P. 1329-1340. DOI 10.1007/s 12540-019-00421 -0
5. Gunen A. Properties and Corrosion Resistance of Borided AISI H11 Tool Steel // Journal of Engineering Materials and Technology. 2020. № 1 (142). DOI 10.1115/1.4044667
6. Kayali Y. Wear and corrosion behaviour of borided and nitrided m2 high speed steel // Journal of the Balkan Tribological Association. 2013. Vol. 19. P. 340-353
7. Petrova R.S., Suwattananont N. Surface modification of ferrous alloys with boron // Journal of Electronic Materials. 2005. № 5 (34). P. 575-582. DOI 10.1007/s11664-005-0068-7
8. Petrova R.S., Suwattananont N., Samardzic V. The Effect of Boronizing on Metallic Alloys for Automotive Applications // Journal of Materials Engineering and Performance. 2008. № 3 (17). P. 340-345. DOI 10.1007/s11665-008-9228-2
9. Improving the wear and corrosion resistance of martensitic stainless steel by paste boriding treatment / M. Shi [et al.] // Materials Science and Technology. 2023. № 3 (39). P. 300-309. DOI 10.1080/02670836.2022.2110392
10. Microstructure and Wear Behavior of Tungsten Hot-Work Steel after Boriding and Boro-aluminizing / U. Mishigdorzhiyn [et al.] // Lubricants. 2020. № 3 (8). P. 26. DOI 10.3390/lubricants8030026
11. Модификация поверхностного слоя штамповых сталей созданием B-Al-слоев химико-термической обработкой / Н. С. Улаханов, У. Л. Мишигдоржийн, А. Г. Тихонов [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. 2021. Т. 17, № 12(204). С. 557-564. DOI 10.36652/18131336-2021-17-12-557-564
Б01: 10.24412/с1-37269-2024-1 -234-238
ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ УГЛЕРОДНОГОКОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА, ДЕГРАДИРОВАННОГО УФ-ИЗЛУЧЕНИЕМ
Москвичев Е.В.1, Еремин Н.В.2, Фесик С.А.2 1 Федеральный исследовательский центр информационных
и вычислительных технологий, г. Красноярск 2 Сибирский государственный университет науки и технологий
имени академика М.Ф. Решетнева, г. Красноярск
В работе представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния длительного УФ-излучения и температуры на механические свойства углеродного композиционного материала. Исследовалось влияние модификаторов связующего на механические свойства материала до и после деградации. Модифицированный композиционный материал с добавлением нанотрубок и каучука показал удовлетворительные результаты по стойкости к воздействию УФ-излучения и температуры.
При длительном воздействии УФ-излучения и температуры происходит деградация физико-механических свойства полимерных композиционных материалов (ПКМ) [1-4]. Это может ограничивать их широкое применение в ответственных конструкциях машиностроительной, авиационной и космической техники, работающих в неблагоприятных условиях окружающей среды. Для решения этой проблемы требуется создание новых модифицированных ПКМ, а также прогнозирование их деформирования путем определения достоверных физико-механических свойств в условиях близких к условиям эксплуатации.
Соответствующие экспериментальные исследования были проведены в данной работе на образцах однонаправленного композиционного материала на основе волокон ШБ65 и эпоксидных связующих Т26 и Т67. Был изучен характер изменения механических свойств материала с различной структурой армирования в зависимости от времени деградации. Также исследовалось влияние модификаторов на механические свойства ПКМ до и после деградации.
В настоящий момент существует множество методов деградации ПКМ [5]. В данном исследовании деградация образцов проводилась на разработанном в СибГУ им. М.Ф. Решетнева стенде, который включает в себя термокамеру и УФ-лампу (рис. 1). Данный стенд обеспечивает контролируемую стабильную среду, имитирующую комбинированное воздействие теплового и УФ-излучения на материал в течение длительного времени. Мощность применяемой УФ-лампы составляет 15 Вт, длина волны - 253,7 нм с выходом по ультрафиолету от 33 до 40%. Интенсивность УФ-излучения в ходе эксперимента составляла примерно 2281,25 Вт/м2, а температура 100 °С.
