Интенсификация процессов формирования структуры диффузионного слоя при химико-термической обработке сталей

Основной металл

6,5 мм (центр образца)

+Fe₃C +Fe₂₃(C,B)₆

+Fe₃C +Fe₂₃(C,B)₆

Опираясь на эту классификацию, зоны (или слои) в образце 1 распределяются следующим образом:

1 слой - боридный слой. Толщина его в среднем составляет 70 мкм;

2 слой - 70-150 мкм (сформированный объемной диффузией);

3 слой - 150-300 мкм (вклады объемной диффузии и по вновь образованным границам соизмеримы);

4 слой - 300-550 мкм (диффузия по вновь созданным границам);

5 слой - 550-900 мкм (диффузия по старым границам);

6 слой - 0,9-6,5 мм (основной металл).

Качественные изменения внутренней структуры переходной зоны представлены в таблице 2 и на рисунке 6. Видно, что термоциклирование привело к существенным качественным изменениям в структуре материала. Бор более активно проникает при термоциклировании на большую глубину в больших количествах (см. рисунки 7, 8). В частности, фазовый состав слоя 6 (глубина 2,5 мм) в образце 1 содержит один карбоборид железа Fe₂₃(C,B)_6, в то время как в образце 2 присутствуют два карбоборида - Fe₃(C,B) и Fe₂₃(C,B)₆. Чистого (не борированного) цементита даже на глубине 2,5 мм (таблица 2) после термоциклического борирования (образец 2) нет, в то время как в образце 1 он начал появляться с пятого слоя (на глубине 500 мкм). Кроме того, о более активной диффузии бора в объем материала в случае обработки по режиму образца 2 свидетельствует несколько повышенная суммарная плотность границ зерен, как исходных, так и возникающих в процессе борирования с термоциклированием (рисунок 9). Эти границы служат основными каналами проникновения бора вглубь материала. С этим же связана значительно более развитая фрагментированная структура, возникшая в режиме образца 2.

а б

Рисунок 6 - Структура боридной зоны, где а - в обр. 2; б - в обр. 1.

Химическое травление. Оптическая микроскопия

После рассмотрения мест расположения атомов бора и углерода можно показать роль различных механизмов диффузии в процессе карбоборирования для каждого из слоев, выделенных в процессе исследования. Итоговые данные о механизме диффузии представлены в таблице 3 в соответствии с послойной классификацией, данной выше.

Было показано, что процесс карбоборирования реализуется независимо от режима однократного нагрева или термоциклирования семью механизмами:

1. Реакционной диффузией по межфазным границам;

2. Диффузией по новым границам зерен;

3. Диффузией по старым границам зерен;

4. Диффузией вместе с мигрирующими границами;

5. Диффузией по субграницам;

6. Диффузией по дислокациям;

7. Диффузией в бездефектном объеме материала.

В режиме термоциклирования эти механизмы, действуют наиболее эффективно, но типы механизмов при смене режима обработки материала практически не меняются.

Для каждого слоя в табл. 1 обозначен основной механизм (буквой А). Вторичные механизмы, влияние которых заметно, но меньше влияния основного механизма, обозначены буквой Б, а механизмы, которые действуют, но мало влияют на процесс, обозначены В.

Таблица 3

Механизмы диффузии в процессе борирования стали

Номер слоя	Расстояние от поверхности образца	Виды диффузии
		Реакционная по межфаз. границам	По новым границам	По старым границам	Вместе с мигрирующими границами	По субграницам	По дислокациям	В объеме материала
1	Поверхность	А	-	-	В	-	-	В
2	125 мкм	-	Б	В	Б	-	В	Б
3	225 мкм	-	А	В	Б	В	В	Б
4	350 мкм	-	А	В	Б	В	В	А
5	500 мкм	-	А	В	Б	В	В	Б
6	2,5 мм	-	-	А	В	-	В	-
Центр образца	6,5 мм	-	-	-	-	-	-	В

а

б

Рисунок 7 - Электронно-микроскопическое изображение тонкой структуры поверхности борированной стали, где а - фаза Fe₂В (темнопольное изображение получено в рефлексе [121]); б - фаза FeВ находится на границе Fe₂В и -фазы

Рисунок 8 - Участки рентгенограмм, подтверждающие наличие различных фаз на поверхности борированной стали

поверхностный диффузионный конструкционный сталь



а

б

в

Рисунок 9 - Зависимости скалярной плотности дислокаций (а) и концентрации дислокационных петель n (б), находящихся внутри зерен -фазы, и средней плотности дислокаций (с учетом дислокационных петель) <> (в) (электронная микроскопия) от расстояния до борированной поверхности в обр. 1 (1) и обр. 2 (2)

Пятая глава посвящена изучению влияния химического состава многокомпонентных обмазок и насыщаемых сталей, а также различных параметров насыщения на толщину, фазовый состав и физико-механические свойства диффузионных боридных, боротитановых и борохромистых слоев.

Влияние состава смеси на толщину и фазовый состав полученных диффузионных слоев показано на рисунке 10. Видно, что на толщину диффузионного слоя и его внешний вид оказывает влияние, как химический состав насыщающей обмазки, так и ее гранулометрический состав. Все компоненты насыщающей смеси имели размер гранул 0,1-0,2 мм, если это не оговорено специально.

Пористость диффузионного слоя на рисунке 10а свидетельствует о слишком высокой насыщающей способности смеси, в результате чего диффузионный слой растет наружу, а диффузия железа через слой боридов происходит гораздо медленнее. Механические свойства данного слоя низкие - высокая микротвердость (28000-30000 МПа) здесь сочетается с высокой хрупкостью, порой приводящей к самоскалыванию слоя. Более высокие механические свойства имеет слой, показанный на рисунке 10б. Как видно из рисунка, данный слой более плотный и имеет характерное для боридных слоев игольчатое строение, что благоприятно сказывается на комплексе физико-механических свойств - повышается устойчивость слоя к скалыванию при приложении касательных напряжений. Так как иглы боридной фазы имеют большую поверхность контакта с подложкой, а, следовательно, и большую поверхностную энергию, он менее склонен к скалыванию, чем слой, показанный на рисунке 10а. При замене борида хрома боридом титана получается слой, показанный на рисунке 10в. Данный слой имеет более сложное строение, чем борохромированные слои и меньшую толщину. Однако комплекс физико-механических свойств, таких как твердость, пластичность, износостойкость и т.д., данного слоя несколько выше, например, микротвердость достигает 35000 МПа.

Влияние температуры насыщения на толщину и вид многокомпонентных боридных слоев показано на рисунке 11. Из фотографий видно, что в интервале температур 950-1150°С, температура насыщения на микроструктуре диффузионных слоев сказывается довольно слабо. Исключение составляет температура 1150°С, при которой образовался пористый, очень хрупкий слой. С другой стороны высокая температура насыщения приводит к росту зерна сердцевины детали, что отрицательно сказывается на комплексе физико-механических свойств детали: уменьшение ударной вязкости может достигать 5 раз, пластичности - до 3 раз.

а б в

Рисунок 10 - Структура диффузионного слоя, полученная при насыщении из смеси состава, где а, б - смесь на основе CrB₂ и B₄C фракции 0,5-1 мм и 0,1-0,2 мм соответственно; в - на основе B₄C фракции 0,1-0,2 мм и TiB₂, (температуре 1150°С, временя насыщения 6 ч, цена малого деления шкалы -10 мкм)

а б

в г

Рисунок 11 - Влияние температуры насыщения на толщину диффузионных слоев на стали Ст3, время насыщения 6 ч., где а - 1150°С, б - 1100°С, в - 1050°С, г - 950°С (цена малого деления шкалы 10 мкм)

Немаловажное влияние на микроструктуру, толщину и пластичность получающихся диффузионных слоев оказывает химический состав насыщаемой стали. Из представленных на данном рисунке фотографий видно, что в зависимости от марки стали, микроструктура диффузионных слоев, их толщина и фазовый состав изменяются в довольно значительных пределах. Так, при борохромировании, на стали Ст3 идет преимущественно процесс насыщения хромом. Слой плотный, граница раздела гладкая, толщина слоя достигает 250 мкм. Механические свойства данного диффузионного слоя находятся на невысоком уровне - микротвердость его незначительна (3000-4000 МПа) по сравнению с боридным слоем (до 22500 МПа). Химический состав данного слоя от поверхности к сердцевине следующий: твердый раствор железа в хроме с массовым содержанием хрома до 60-70%, затем твердый раствор хрома в железе с массовой долей хрома 35-40% и включения карбидов хрома состава Cr₂₃С₆, внутренний слой, прилегающий к границе раздела, представляет собой механическую смесь твердого раствора хрома в железе с содержанием хрома около 20% и карбидов хрома состава Cr₂₃С₆ или Cr₇С₃. По всей толщине диффузионного слоя заметны следы бора в виде твердого раствора, также бор легирует карбиды хрома.

Диффузионный слой, образующийся на стали 30Х при прочих равных условиях показан на рисунке 12б. Данный слой имеет более сложное строение, чем слой на стали Ст3. Верхняя часть слоя представляет собой смесь твердого раствора железа в хроме (белые иглы) и боридов хрома и железа (темные иглы) с преобладанием диборида хрома CrB₂. Под игольчатой частью слоя находится подслой, представляющий собой механическую смесь, состоящую из твердого раствора железа в хроме, карбидов, боридов и карбоборидов хрома и железа. Микротвердость данного подслоя достигает 6500-7000 МПа при микротвердости сердцевины, не превышающей 280 МПа. Граница раздела также претерпевает изменения - появляются боридные иглы размером 15-25 мкм. Общая толщина диффузионного слоя достигает 300 мкм, а толщина рабочего слоя - 70-90 мкм. При минимальной толщине рабочего слоя, исключающей его продавливание, равной 50 мкм, этого вполне достаточно для работы большинства инструмента и деталей машин.

а б

в г

Рисунок 12 - Влияние химического состава насыщаемой стали на фазовый состав, микроструктуру и толщину диффузионных борохромированных слоев при насыщении из обмазки, содержащей оксид хрома:

а) слой на стали Ст3,

б) слой на стали 30Х,

в) слой на стали 30ХМ,

г) слой на стали У8 (цена малого деления шкалы 10 мкм)

Диффузионный слой, образующийся при борохромировании стали 30ХМ, имеет вид, показанный на рисунке 12в. Данное покрытие можно разделить уже на три хорошо различимые зоны: верхний слой - механическая смесь твердого раствора железа в хроме и боридов хрома, средний подслой представляет собой преимущественно бориды хрома, легированный боридами железа и карбидами хрома, а также карбоборидами железа и хрома. И нижний, так называемый рабочий слой, представляет собой уже преимущественно бориды железа, в значительной степени легированные хромом. В этом слое можно наблюдать текстурованность структуры, характерную для боридных слоев.

Граница раздела между диффузионным слоем и основным металлом представлена в виде игл, характерных для боридных слоев, длиной 20-40 мкм.

Иглы боридной фазы на сталях можно условно разделить на три типа (цена малого деления масштабной шкалы на рисунках - 10мкм):

Тип 1 - самый распространенный - острые, растущие перпендикулярно поверхности раздела иглы, состоящие, как правило, из боридов железа состава Fe₂B (рисунок 13 а);

Тип 2 - менее распространенный тип, но все же довольно часто встречаемый: иглы, расположенные перпендикулярно поверхности, но имеющие закругленный конец. Это, как правило, является результатом действия углерода и легирующих элементов, таких как Cr, Nb, Ti, V, Mo и т.д. (рисунок 13 б);

Тип 3 - редко встречающийся, но наиболее благоприятный с точки зрения прочности сцепления диффузионного слоя с основой: иглы, расположенные под углом к поверхности раздела. Как правило, такие иглы располагаются по границам зерен или растут в теле зерна по местам больших скоплений дислокаций, имеющих большую протяженность (рисунок 13 в).

а б в

Рисунок 13 - Виды боридных игл:

а) боридный слой 1 типа,

б) боридный слой 2 типа,

в) боридный слой 3 типа (цена малого деления шкалы 10 мкм)

Испытания на износостойкость проводили на машине Амслера. При испытаниях на адгезионный износ использовали диск из стали ШХ15 подвергнутый закалке и низкому отпуску с твердостью 61-62 HRС. Нагрузка на испытуемый образец при этом составляла 40 Н. При испытании на абразивную износостойкость в качестве контртела использовали абразивную шкурку с размером частиц 100-120 мкм. Нагрузка на испытуемый образец при этом составляла 4 Н.

В результате проведенных испытаний на износостойкость при адгезионном и абразивном износе выявлено, что износостойкость борохромированной стали 30Х превосходит износостойкость закаленной и низкоотпущенной стали У8 при адгезионном износе - в 12ч37 раз в зависимости от состава насыщающей обмазки, при абразивном износе - в 2,9ч8,0 раз. Причем слои, полученные насыщением из различных обмазок, отличаются износостойкостью при различном характере износа. Эти данные иллюстрируются рисунком 14.

а б

Рисунок 14 - Относительная износостойкость борохромированной стали 30Х, где а - при адгезионном износе, б - при абразивном износе (У8 - эталон)

Наибольшей микротвердостью обладают диффузионные слои, полученные комплексным насыщением бором и хромом на стали У8, где она достигает 35700 МПа (рисунок 15).

Рисунок 15 - Распределение микротвердости диффузионного слоя на различных сталях

Диффузионный слой в данном случае состоит не только из боридов и карбоборидов железа и хрома, но и из карбидов хрома. При этом под диффузионным слоем не обнаруживается обезуглероженной зоны, обладающей низкой твердостью (см. кривую «Хромированный слой У8» на рисунке 15). Результаты испытаний на износостойкость боротитанированных слоев на стали 30Х представлены на рисунке 16.

а б

Рисунок 16 - Относительная износостойкость боротитанированной стали 30Х, где а - адгезионный износ, б - абразивный износ (У8 - эталон)

В качестве смеси №1 была использована смесь, содержащая преобладающее количество борида титана. Толщина диффузионного слоя при этом не превышала 55 мкм. Смесь №2 содержала борид титана в качестве добавки, а в качестве основного насыщающего компонента применяли карбид бора, который является более активным поставщиком бора и создает более эффективную защиту насыщающей обмазки от воздействия внешней среды. Как видно из представленного рисунка, смесь, содержащая карбид бора более эффективна, чем смесь с преобладанием борида титана.

Шестая глава посвящена описанию экспериментального исследования структуры и фазового состава борированного слоя на поверхности сталей. Исследовали сталь 45 и сталь 5ХНВ. Поверхностная структура в исследуемых сталях фактически формируется тремя химическими элементами: железом, бором и углеродом. Железо является основным элементом, бор - основным легирующим элементом на поверхности, углерод присутствует в количестве, введенном в стали.

Карбоборид Fe₂₃(C,B)₆ присутствует в стали 5ХНВ и обнаруживается лишь методом ПЭМ. Присутствуют частицы этого карбоборида в феррите. В борированном слое частицы этого карбоборида имеют округлую форму и малый размер (порядка 10 нм) и расположены на дислокациях в -фазе (рисунок17). При удалении от борированной поверхности вглубь материала на расстояние, равное 80 мкм, наряду с мелкими частицами, находящимися на дислокациях, обнаруживаются также частицы, не связанные с дислокациями (рисунок 18). Из рисунка 18 видно, что эти частицы также имеют округлую форму. Их размер значительно больше по сравнению с частицами, расположенными на дислокациях, и составляет величину около 60 нм. По мере дальнейшего удаления (150 мкм) в материале присутствуют только крупные частицы карбоборида. При этом их размеры возрастают до величины порядка 150 нм. Возрастает и их плотность. Частицы располагаются произвольным образом: в виде цепочек, между частицами цементита в перлитных колониях, на границах зерен. При приближении к центру образца размер частиц несколько уменьшается (примерно 130 нм). Уменьшается также и их плотность.

Рисунок 17 - Тонкая структура борированной стали 5ХНВ. Изображение получено на расстоянии 60 мкм от поверхности образца (слой II)

а - светлопольное изображение;

б - микродифракционная картина;

в - её схема (разными значками отмечены рефлексы, относящиеся к плоскостям фаз, указанных ниже).

Белыми стрелками на (а) отмечены частицы борированного цементита Fe₃(C,B), черными - частицы карбоборида Fe₂₃(C,B)₆, фигурными - частицы борида Fe₂В, расположенного по границам кристалла FeВ

Необходимо обратить внимание на существование недиаграммных фаз, в частности Fe₈В и Fe₂В, а точнее FeВ_0.49. Их структурные данные приведены в таблице 5.

Таблица 5

Структурные данные недиаграммных метастабильных боридов из системы Fe-B

Борид	Тип кристаллической решетки	Пространственная группа	Параметры кристаллической решетки (нм)
			а	b	c
Fe23B6	Кубич.	Fm3m	1,0654	-	-
Fe8B	Гексагон.		0,5490	-	0,7199
FeB0.49	Ромбоэдр.		1,0948	-	2,3850

Рисунок 18 - Тонкая структура борированной стали 5ХНВ. Изображение получено на расстоянии 80 мкм от поверхности образца (слой III):

а - светлопольное изображение;

б - микродифракционная картина;

в - её индицированная схема (присутствуют рефлексы, относящиеся к плоскостям (335) -фазы и (001) карбоборида Fe₂₃(C,B)₆, обозначенного как «К»).

Черными стрелками на (а) отмечены мелкие частицы карбоборида Fe₂₃(C,B)₆, расположенные на дислокациях, двойными стрелками - крупные отдельно расположенные

В седьмой главе представлены результаты практического применения разработанных насыщающих смесей и технологических процессов ХТО и химико-термоциклической обработки (ХТЦО) сталей в производственных условиях. Особое внимание уделено упрочнению металлообрабатывающего инструмента. Так, например, проведенные на Улан-Удэнском заводе «Теплоприбор» производственные испытания титанированных цанг токарных полуавтоматов и кондукторных втулок показали, что износостойкость деталей, подвергнутых титанированию, увеличилась в 3-4 раза по сравнению со стандартными.

Испытания сверл из стали У8А обработанных по режимам ХТО и ХТЦО (титанирование [68, 69]) на научно-производственном предприятии «Софтсервис» показали повышение их стойкости в 3 и 5 раз соответственно.

Стойкость штампов из стали 45Х2НМФЧА после борирования в 2,5 раза, а при термоциклическом борировании в 3,2 раза выше, чем стойкость серийного инструмента из стали 5ХНМ.

На ФГУП «1019 завод по ремонту ВТИ» упрочнение рабочей поверхности уплотнительных колец из стали 40ХН2МА борированием (толщина диффузионного слоя 75 мкм, микротвердость 18000 - 20000 МПа) привело к повышению их стойкости в 5-7 раз.

В кузнечном цехе Улан-Удэнского ЛВРЗ проведены испытания матрицы штампа для высадки головок болтов, изготовленных из стали 5ХНВ. Стойкость борированных матриц увеличилась в 2,5 раза по сравнению с матрицами без борирования.

Износостойкость упрочненных одновременным комплексным насыщением поверхности бором и хромом проволокопротяжных валков из конструкционной углеродистой стали 45 более чем в 20 раз выше по сравнению с ранее применяемыми на ОАО «Барнаульский электродный завод» валками из закаленной высоколегированной стали Х12М. Насыщение производили из обмазки, содержащей борид хрома, карбид бора, фторид натрия, мелкодисперсный графит и бентонит. Насыщение вели при температуре 1000єС в течение 6 ч. После насыщения упрочняемые детали подвергли закалке и отпуску при температуре 180єС в течение 2 ч. Этот способ упрочнения и разработанный состав защищен патентом РФ на изобретение. Акты испытаний и внедрения разработок представлены в приложении к диссертации.

Следует отметить, что необходимость использования в машиностроении износостойких диффузионных покрытий с каждым годом будет увеличиваться. Это связано с тенденцией применения экономно-легированных сталей в инструментальном производстве.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Определено оптимальное сочетание и количественное содержание компонентов новых насыщающих сред для поверхностного упрочнения сталей. На основе изученных представлений о поведении сталей с диффузным покрытием разработаны новые составы обмазок для многокомпонентного насыщения и рекомендованы для них оптимальные режимы химико-термической и химико-термоциклической обработки.

2. Исследование насыщающей способности новых активных сред для ХТО показало следующее:

a) титано-медная лигатура, используемая в качестве добавки к известной среде для алюминотермического титанирования, значительно ускоряет процесс образования диффузионного слоя. Введение титано-медной лигатуры в насыщающую смесь до 30% (вес.) приводит к увеличению толщины диффузионного слоя. В этом случае рост покрытий наиболее интенсивно происходит в первые 6 часов насыщения, затем скорость формирования диффузионных покрытий резко замедляется.

б) порошкообразная титано-никелевая лигатура - перспективная насыщающая среда для получения интерметаллидных покрытий на сталях различного химического состава. Ускорение роста диффузионных слоев наблюдается при содержании лигатуры в смеси до 50%(вес.);

в) гексафтортитанат калия (K₂TiF₆) является эффективным активатором. Титанирование с добавкой данного активатора дает в 2-3 раза большую толщину карбидного слоя по сравнению с фторидами алюминия, аммония, кальция. Оптимальным является содержание активатора в смеси 1,5-2% (вес.). Увеличение содержания активатора не приводит к интенсификации процесса, а при его содержании выше 7% - ухудшает структуру и свойства покрытия;

г) борид хрома - перспективная насыщающая среда, обеспечивающая одновременное насыщение бором и хромом. Добавка хрома к борирующей обмазке позволяет на 7-10% ускорить процесс насыщения и на 10-15% увеличить толщину диффузионного слоя.

д) борид титана, в установленных количествах, используемый в качестве добавки к стандартному составу для борирования, позволяет проводить совместное диффузионное насыщение титаном и бором.

е) насыщение из обмазок наиболее эффективно с точки зрения управления параметрами процесса насыщения при ХТЦО (количество циклов, время выдержки при максимальной и минимальной температурах цикла) и получения покрытия с заданными свойствами, а также более экономично по отношению к другим способам ХТО.

Соединения бора с различными металлами, используемые как компоненты насыщающей обмазки, эффективны и как поставщики бора, так и поставщики второго компонента. Использование соединений бора с другими элементами (титан, хром) в качестве добавки к карбиду бора дает большой эффект: на малоуглеродистой стали образуются покрытия с большим количеством хрома, либо смешанные борохромистые или боротитановые слои (в зависимости от количества добавляемого соединения), а на высокоуглеродистой стали - карбидов, карбоборидов и боридов.

3. Показано, что предложенный в настоящей работе циклический нагрев и охлаждение в интервале температур 600-1000°С с выдержкой от 1мин. до 1ч и количестве циклов от 3 до 20 значительно (в 1,5-2 раза) ускоряют кинетику процесса ХТО железоуглеродистых сплавов.

4. Методами оптической и электронной микроскопии, а также методом рентгеноструктурного анализа исследованы особенности фазового состава и тонкой структуры диффузионных слоев, полученных одновременным насыщением сталей бором и углеродом, бором и хромом, бором и титаном в условиях, когда существовали возможности образования больших количеств, как карбидов и карбоборидов, так и интерметаллидов. Установлено, что диффузия по границам зерен является главным механизмом карбоборирования за исключением наружного слоя, где решающим фактором является реакционная диффузия.

5. Установлено, что формирующиеся в ходе карбоборирования новые границы зерен и субзерен выполняют тройную роль. Во-первых, они служат основным каналом насыщения атомами бора и углерода основных глубинных слоев. Во-вторых, на них локализована большая часть карбоборидов. В-третьих, на них расположена значительная часть атомов бора и углерода, еще не образовавшихся карбоборидов.

6. Установлено, что наиболее эффективным способом упрочнения деталей машин и инструмента, приводящим к повышению износостойкости и коррозионной стойкости, является комплексное диффузионное насыщение из обмазок бором совместно с хромом.

7. Исследованы структуры диффузионных слоев, полученных одновременным насыщением сталей в условиях, когда существовали возможности образования больших количеств, как боридов, так и карбидов и карбоборидов различного химического состава. Показано, что вне зависимости от типа стали формируется 4 слоя. Первый слой почти полностью состоит из борида железа FeB. В небольших количествах присутствуют бориды Fe₂B и в отдельных случаях Fe₈B. Во втором слое бориды железа не занимают весь объем. Наряду с ними присутствует -фаза и карбобориды Fe₃(C,B) и Fe₂₃(C,B)₆. Третий слой содержит остатки боридов железа. Бор в этом слое расположен, в основном, в карбоборидах. Четвертый слой сохраняет исходную структуру. В работе детально исследован фазовый состав и дефектное строение слоев I-IV. Установлено, что, во-первых, по мере удаления от поверхности борирования концентрация атомов бора уменьшается, в то время как плотность дефектов кристаллической решетки возрастает. Это связано с удалением от равновесной структуры по мере удаления от борированной поверхности.

8. Научные и технологические разработки по теме диссертации апробированы на предприятиях инструментального, машиностроительного и оборонного комплексов, научно-исследовательских и учебных организациях. Проведены производственные испытания деталей машин и инструмента, подвергнутых ХТО и ХТЦО по разработанным режимам. Испытания показали, что стойкость сверл после титанирования в изотермических условиях повышается до трех раз, а после термоциклического титанирования до пяти раз. Стойкость борированных штампов для горячего деформирования металлов повысилась в 2,4 раза и 3,3 раза соответственно после изотермического и термоциклического борирования по сравнению с серийным инструментом. Износостойкость упрочненных борохромированием проволокопротяжных валков из конструкционной углеродистой стали 45 более чем в 20 раз выше по сравнению с валками из закаленной высоколегированной стали Х12М.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

Монографии

1. Лыгденов, Б.Д. Интенсификация процессов химико-термической обработки при диффузионном титанировании [Текст] // Монография. -Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2006. -135 с.

2. Гурьев, А.М. Физические основы химико-термоциклической обработки сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Н.А. Попова, Э.В. Козлов // Монография. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008. - 250 с.

Статьи в журналах

3. Панич, Г.Г. Оптимальный активатор для диффузионного титанирования [Текст] / Г.Г. Панич, Б.Д. Лыгденов // Металлургия: Сб. науч. трудов, вып.24.- Минск, 1990 г. - С. 7-9

4. Гурьев, А.М. Влияние состава насыщающей среды на структуру и свойства диффузионного слоя при титанировании сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов // Известия вузов. Физика. - 2001. - №11. С. 269-270.

5. Лыгденов, Б.Д. Фазовый состав и механизм образования диффузионного слоя углеродистых сталей при титанировании в порошковых смесях, содержащих специальные добавки никеля и меди [Текст] / А.М. Гурьев // Известия вузов. Физика. - 2002 г.- №8. - т.44. - С.130-144.

6. Гурьев, A.M. Титанирование углеродистых сталей в порошковых смесях, содержащих медь [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Н.Ю. Малькова // Металлургия машиностроения. -2004. - №1. - С. 28-31.

7. Guriev A.M., Kozlov E.V., Kirienko A.V., Lygdenov B.D., Chernyh E.V. Transition zone forming by different diffusion techniques in borating process of ferrite-perlite steels under the thermo -Cyclic conditions // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. №2 2004 г. Барнаул.- С. 54.

8. Лыгденов, Б.Д. Повышение износостойкости деталей машин работающих в условиях гидроабразивного износа [Текст] / А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев, С. В. Ринчиндоржиев, В.Н. Корнопольцев, Е.В. Черных // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - №2. - Барнаул, 2005. - С. 53.

9. Гурьев, A.M. Особенности формирования структуры диффузионного слоя на литой стали при химико-термической обработке [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Д.М. Махаров, В.И. Мосоров, Е.В. Черных, О.А. Гурьева, С.Г. Иванов // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - №1. - 2005. - С. 39-41.

10. Гурьев, A.M. Термоциклическое и химико-термоциклическое упрочнение инструментальных сталей [Текст] / Л.Г. Ворошнин, Ю.П. Хараев, С.А. Земляков, Б.Д. Лыгденов, О.А. Гурьева, А. Колядин, О.В. Попова. // Ползуновский вестник. - №2. - 2005. - С. 36-43.

11. Лыгденов, Б.Д. Гетерогенность структуры борированных слоев малоуглеродистой стали 08 кп [Текст] / А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев // Ползуновский вестник. - №2. - 2005. - С. 72-75.

12. Гурьев, A.M. Химико-термическая обработка литой стали [Текст] / Д.М. Махаров, В.И. Мосоров // Ползуновский вестник. - №2. - 2005. - С. 113.

13. Обунеев, И.Б. Стойкость цельных токарных резцов с боридными покрытиями [Текст] / Б.Д. Лыгденов, А.М. Гурьев // Ползуновский вестник. - №2. - 2005. - С. 120.

14. Гурьев, А.М. Влияние параметров борохромирования на структуру стали и физико-механические свойства диффузионного слоя [Текст] / С.Г. Иванов, Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова, Е.А. Кошелева, М.А. Гурьев, И.А. Гармаева // Ползуновский вестник. - №3. - 2007. - С. 28-34.

15. Лыгденов, Б.Д. Влияние дендритной структуры приповерхностной зоны литого инструмента на интенсификацию процессов диффузии при химико-термической обработке [Текст] / В.И. Мосоров, А.М. Гурьев, В.А. Марков // Ползуновский альманах. - №3. - 2006. - С. 15-16.

16. Лыгденов, Б.Д. Активирование насыщающих порошковых смесей некарбидообразующими металлами [Текст] / О.А. Власова, М.А. Гурьев // Ползуновский альманах. - №3. - 2006. - С. 32-33.

17. Малькова, Н.Ю. Оптимизация химико-термоциклической обработки стали 55Л [Текст] / А.М. Гурьев, В.А. Марков, Б.Д. Лыгденов, В.И. Мосоров // Ползуновский альманах. - №3. - 2006. - С. 168-172.

18. Хараев, Ю.П. Влияние условий формирования структуры литых резцов на эксплуатационные свойства [Текст] / О.М. Власова, М.А. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, А.Д. Грешилов // Вестник БГУ. Серия 9. Физика и техника. - Вып. 5. - Изд. БГУ, 2006. - С. 92-94.

19. Гурьев, A.M. Поиск оптимальных условий химико-термоциклической обработки литой стали методом математического моделирования [Текст] / Н.Ю. Mалькова, Е.В. Черных, Б.Д. Лыгденов, А.Ц. Мижитов, И.А. Гармаева // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2006. - №3. - С. 26-31.

20. Лыгденов, Б.Д. Особенности формирования структуры диффузии иного слоя и разработка технологии упрочнения литых инструментальных сталей с учетом дендритной ликвации [Текст] / А.М. Гурьев, И.А. Гармаева, А.Ц. Мижитов, В.И. Мосоров // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2006. - №3. - С. 84-86.

21. Гурьев, A.M. Высокоэффективный способ химико-термической обработки инструментальных сталей [Текст] / Б.Д, Лыгденов, Н.Ю. Малькова, О.В. Шаметкина, В.И. Мосоров, А.Р. Раднаев // Ползуновский альманах, 2004. - №4. - С. 91.

22. Лыгденов, Б.Д. Влияние специальных добавок на интенсификацию диффузионного титанирования [Текст] / А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев // Ползуновский альманах, 2004. - №4. - С. 94.

23. Лыгденов, Б.Д. Повышение износостойкости углеродистой феррито-перлитной стали [Текст] / И.Б. Обунеев, А.М. Гурьев // Ползуновский альманах, 2003. - №3-4. - С. 100.

24. Лыгденов, Б.Д. Оптимизация состава смеси для химико-термической обработки цанг токарных полуавтоматов и кондукторных втулок [Текст] / А.Д. Грешилов, Ю.П. Хараев, А.М. Гурьев // Ползуновский альманах, 2003. - №3-4. - С. 105-107.

25. Гурьев, A.M. Диффузионное термоциклическое упрочнение поверхности стальных изделий бором, титаном и хромом [Текст] / Б.Д. Лыгденов, С.Г. Иванов, О.А. Власова, Е.А. Кошелева, И.А. Гармаева, М.А. Гурьев // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2007. - №1. Т. Д. - С. 30-35.

26. Лыгденов, Б.Д. Влияние режимов борирования на упрочнение поверхности уплотнительного кольца из стали 40ХН2МА [Текст] / А.М. Гурьев, И.А. Гармаева // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. - 2007. - №2. - Т. Д. - С. 90-93.

27. Гармаева, И.А. Поиск оптимальных условий химико-термической обработки стали 55Л и вывод математической модели [Текст] / О.А. Власова, Б.Д. Лыгденов // Ползуновский альманах. - 2007. - №1-2. - С. 38-44.

28. Гурьев, A.M. Термоциклическое борирование как метод повышения прочности инструментальных сталей [Текст] / О.А. Власова, Б.Д. Лыгденов, И.А. Гармаева, А.М. Кириенко, С.Г. Иванов, Е.А. Кошелева // Ползуновский альманах. - 2007. - №1-2. - С. 85-88.

29. Лыгденов, Б.Д. Медь и никель как интенсификаторы процессов химико-термической обработки при диффузионном титанировании [Текст] // Вестник ВСГТУ. Научный журнал. - Изд-во ВСГТУ. - №3. - 2004. - С. 47-53.

30. Гурьев А.М. Фазовый состав и механизм образования диффузионного слоя при борировании сталей в условиях циклического теплового воздействия [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Э.В. Козлов, И.А. Гармаева, О.А. Власова, С.Г. Иванов // Упрочняющие технологии и покрытия.-№1.- 2008.-С. 20-27.

Труды конференций

31. Лыгденов, Б.Д. Влияние состава насыщающей среды на структуру и свойства диффузионного слоя при титанировании сталей [Текст] / А.М. Гурьев. // Эволюция дефектных структур в конденсированных средах: тезисы докладов. 24-28 июня 2000 г. Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2000. - С.150-151.

32. Ligdenov B.D., Guriev A.M., Kirienko A.M., Zemliakov S.A. New approach to tool stening development Defect structures evolution in condensed matters. V international seminar - school. Book of abstracts.-ASTU. Barnaul - 2000. p.117-119.

33. Лыгденов, Б.Д. Упрочнение инструментальной оснастки методами ХТО [Текст] / Проблемы механики современных машин: материалы международной конференции // Улан-Удэ, изд-во Восточно-Сибирского гос. техн. ун-та, 2000. -Т.3. - С.9-15.

34. Гурьев, А.М. Выбор способа ХТО для литых штампов горячего деформирования [Текст] / А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, Е.С. Черепанова // Сборник работ НТК. Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2000. - С. 41-45.

35. Лыгденов, Б. Д. Активатор для диффузионного титанирования [Текст] /О. Ю. Курдюмов // Сборник работ НТК. - Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2000. - С.120-121.

36. Лыгденов, Б.Д. Фазовый состав и механизм образования диффузионного слоя углеродистых сталей при титанировании в насыщающей смеси содержащей титано-никелевую лигатуру [Текст] / А.М Гурьев // Международная школа-семинар «Эволюция дефектных структур в конденсированных средах» / сб. материалов под ред. Старостенкова М.Д. Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2001.- С.-204-206.

37. Лыгденов, Б.Д. Диффузионное титанирование сталей в насыщающих смесях, содержащих титано-медную лигатуру и оксид титана [Текст] / А.М. Гурьев // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: cб. науч. тр./под ред. В.А. Маркова и А.М. Гурьева - Вып.3.,часть 1- Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова , 2001.- С. 64-66.

38. Guriev, A.M. Phase composition and diffusion layer formation mechanism in process of carbon steels titanizing by the powder mixtures containing the special additions of nickel and cooper. Kirienko A.M. Lygdenov B.D The Book contains Abstracts, which were presented on the 2-d Russia - Chinese School - Seminar “Fundamental Problems and Modern Technologies of Materials Since” (FP”MTMS) // Altai State Technical University. - Barnaul, 2002, 62 p.

39. Гурьев, А.М. Интенсификация процесса диффузионного титанирования. [Текст] / А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств: сб. науч. тр./под ред. В.А. Маркова и А.М. Гурьева - Вып. 3., часть 1- Барнаул: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова , 2001. - С. 90-94.

40. Лыгденов, Б.Д. Повышение износостойкости оснастки металлорежущих станков методами ХТО [Текст] / И.Б. Обунеев // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, изд-во Алт. гос. техн. ун-та им. И.И. Ползунова, 2002. - С. 252-254.

41. Лыгденов, Б. Д. Выбор способа интенсификации химико-термической обработки литых штампов горячего деформирования [Текст] / А.М. Гурьев, Л.Г. Ворошнин // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2002. - С. 256-260.

42. Лыгденов, Б.Д. Износостойкость диффузионных титановых покрытий полученных с применением многокомпонентных насыщающих смесей [Текст] / А.М. Гурьев, Н.Ю. Малькова // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2002. - С. 263-269.

43. Лыгденов, Б.Д. Интенсификация процесса титанирования [Текст] // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2002. - С. 269-270.

44. Лыгденов, Б.Д. Стойкость диффузионных титановых покрытий полученных с применением многокомпонентных насыщающих смесей [Текст] / А.М. Гурьев // Расчет, диагностика и повышение надежности элементов машин. - Барнаул, Изд-во АлтГТУ, 2003. - Вып. 4. - С. 109-110.

45. Ляхович, Л.С. Титанирование в высокоактивных средах [Текст] / Ю.А. Шинкевич, Б.Д. Лыгденов // Республиканская научно-техническая конференция «Повышение стойкости штамповой оснастки и инструмента». - Улан-Удэ, ВСТИ, 1989. - С. 55.

46. Гурьев, А.М. Поверхностное упрочнение штамповых сталей карбоборированием [Текст] / Б.Д. Лыгденов, М.Д. Старостенков // Тезисы докладов 15 Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» 30.09.-03.10.2003 г. - Тольятти, ТГУ, 2003. - С. 72.

47. Guriev A.M., Starostenkov M.D., Lygdenov B.D., Chernykh E.V. New high-effective method of chemical thermal treatment of instrumental steels: - Book of Abstracts China-Russia Seminar on Materials Physics Under Ultra-conditions November 26-29, 2003 Yanshan University, Qin Huangdao, China.-р.19.

48. Лыгденов, Б.Д. Поверхностное упрочнение штамповых сталей карбоборированием (бороцементацией) [Текст] / Н.Ю. Малькова, А.М. Кириенко, А.М. Гурьев // Эволюция дефектныx структур в конденсированных средах: VII международная школа. Барнаул, 2003. - С. 49.

49. Гурьев, A.M. Фазовый состав диффузионного слоя на углеродистых сталях при насыщении титаном из смеси, содержащей титано-никелевую лигатуру [Текст] / М.Д. Старостенков, Б.Д. Лыгденов, Е.В. Черных // Физика конденсированного состояния: Тезисы докладов Международной школы-семинара, посвященной Году науки и культуры России в Казахстане / Под ред. Скакова М.К. // ВКГУ им. С. Аманжолова. - Усть-Каменогорск, 2004. - 167 с. (С.152-153).

50. Гурьев, А.М. Высокоэффективный способ химико-термической обработки инструментальных сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Н.Ю. Малькова, О.В. Шаметкина, В.И. Мосоров, А.Р. Раднаев // 6 международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, 2004. - С. 46-48.

51. Лыгденов, Б.Д. Износостойкость деталей машин работающих в условиях гидроабразивного износа [Текст] / А.Д. Грешилов, А.М. Гурьев, С.В. Ринчиндоржиев, В.Н. Корнопольцев // Труды международной научно-технической конференции «Композиты в народное хозяйство». - Барнаул, 2005. С. 35.

52. Гурьев, A.M. Формирование фазового состава боридного слоя и переходной зоны сталей при химико-термоциклической обработке с использованием насыщающих обмазок [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Н.Ю. Малькова, О.А. Гурьева // Материалы докладов 7-ой международной научно-практической конференции «Проблемы перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. - Барнаул, 2005. - С. 17.

53. Гурьев, A.M. Циклическое тепловое воздействие при термической и химико-термической обработке инструментальных сталей [Текст] / Л.Г. Ворошнин, Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хараев, Е.В. Черных // ФПСМ, №3. - 2005. - С. 37-45.

54. Гурьев, A.M. Исследование процессов диффузии в стали при циклическом тепловом воздействии [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хараев, О.А Гурьева // Материалы научной конференции «Актуальные проблемы науки и образования» 20-27 марта 2006 г. - Куба (Варадеро). - С. 15.

55. Гурьев, A.M. Механизм формирования карбоборидной зоны на феррито-перлитной стали при борировании [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Э.Э. Мотошкин // Современные проблемы науки и образования. - №5. - 2006. - С. 38.

56. Гурьев, A.M. Процесс диффузии в стали при циклическом тепловом воздействии [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Ю.П. Хараев, О.А. Гурьева // Международная научно-практическая конференция "Nowodays, future and faced problems of metallurgy and machinery field" 05-06 May, 2006 in Ulaan baatar, Mongolia (Монголия) - р. 34.

57. Guriev A.M., Kharaev Y.P., Kirienko A.M., Lygdenov B.D. The research of diffusion processes in tool steels at a cyclic thermal influence // VII Miedzyr.arodowa Коnferencja Naukowa „Nowe technologie i osiagnie cia w metalurgii i inzyner ii materialowej 02 czerwca 2006,-Czestochow a: Politechnica Czestochowska. - P.202-205.

58. Лыгденов, Б.Д. Механизм формирования карбоборидной зоны на феррито-перлитной стали при борировании [Текст] (III научная конференция с международным участием, Современные проблемы науки и образования Хорватия, 25 июня - 2 июля 2006 г.) / А.М. Гурьев, Э.Э. Мотошкин // Современные наукоемкие технологии. №5.- 2006. - С. 37-38.

59. Гурьев, A.M. Повышение прочности инструментальных сталей методом термоциклического борирования [Текст] / О.А. Власова, Б.Д. Лыгденов, А.Ц. Мижитов, И.А. Гармаева, С.Г. Иванов // XVII петербургские чтения по проблемам прочности. - Санкт-Петербург, 10-12 апреля 2007 г. сборник материалов. -Ч.1. - СПб., 2007. - С. 196-197.

60. A.M. Guriev, S.G. Ivanov, B.D. Lygdenov, O.A. VIasova, E.A. Kocheleva, I.A. Garmaeva, A.C. Mijitov. Diffusion saturation of steels from coats. // VIII Miedzynarodowa Konferencja Naukowa. Czestochowa, 25 maja 2007 g. P.179-183.

61. Гурьев, А.М. Новые методы диффузионного термоциклического упрочнения поверхности стальных изделий бором совместно с титаном и хромом [Текст]. (Перспективы развития вузовской науки, научная международная конференция, "Дагомыс" (Сочи), 20-23 сентября 2007 г.) / С. Г. Иванов, О.А. Власова, Б.Д. Лыгденов, И.А. Гармаева, Е.А. Кошелева, М.А. Гурьев // Успехи современного естествознания №10. - 2007.- С. 89-91.

62. Лыгденов, Б.Д. Диффузионное борирование быстрорежущей стали Р18 [Текст] / А.Д. Грешилов, А.Д. Мижитов, М.А. Гурьев, Е.А. Кошелева // Расчет, диагностика и повышение надежности элементов машин: Межвуз. сб. Вып. 7 (ч. 1) / АлтГТУ. - Барнаул: изд-во АлтГТУ.- 2007. - С. 40-44.

63. Власова, О.А. Реализация процессов термоциклирования при борировании литых инструментальных сталей [Текст] / А.М. Гурьев, Б.Д. Лыгденов, И.А. Гармаева // Расчет, диагностика и повышение надежности элементов машин: Межвуз. сб. Вып. 7 (ч. 1) / АлтГТУ. - Барнаул: изд-во АлтГТУ.- 2007. - С. 44-49.

64. Лыгденов, Б.Д. Структура борированной стали 5ХНВ [Текст] / А.Ц. Мижитов, А.М. Гурьев, А.Д. Грешилов // 9-ая международная научно-техническая конференция «Технологии термической и химико-термической обработки сталей и сплавов». - Харьков, 2008. - С. 58-59.

65. Гурьев, А.М. Совершенствование технологии химико-термической обработки инструментальных сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова // 6-ая Всероссийская научно-практическая конференция «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе» - Новосибирск, 2008 - С. 85-86.

66. Гурьев, А.М. Исследование фазового состава и дефектного состояния градиентных структур борированных сталей [Текст] / Б.Д. Лыгденов, С.Г. Иванов, О.А. Власова, И.А. Гармаева, Е.А. Кошелева // IV евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур» - Москва, МИСиС, 2008 г. - С. 45-46.

67. Гурьев, А.М. Новые технологии модифицирования поверхности металлов [текст] Гурьев А.М., Б.Д. Лыгденов, С.А. Гурьева // Материалы III Международной научно-практической конференции, посвященной году планеты Земля и 85-летию Республики Бурятия. 31 июля - 3 августа 2008 г., Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2008.-С.361- 362.

68. А.с. №1566774 СССР. Состав для титанирования стальных изделий / Ляхович Л.С., Лыгденов Б.Д. и др. - 1990

69. А. с. №1786186 СССР. Состав для титанирования стальных изделий [Текст] / Б.Д. Лыгденов, Ю.А. Шинкевич и др. - 1992.

70. А.с. №1245391 СССР. Способ термопластического деформирования металлов / Аганаев Ю.П., Лыгденов Б.Д. и др. - 1986.

71. Гурьев, А.М. Способ упрочнения деталей из конструкционных и инструментальных сталей [Текст] / С.Г. Иванов, С.А. Земляков, Б.Д. Лыгденов, О.А. Власова, Е.А. Кошелева, М.А. Гурьев // Решение о выдаче патента РФ по Заявке №112368/02 от 03.04.2007 - 9с.

Размещено на Allbest.ru