Structural Phase States and Surface Properties of Steel 45 after Electroexplosive Borocoppering and Electron-Beam Treatment

УДК 53:669.017

  • E.S. Vashchuk Branch of the T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (Prokopyevsk, Russia) Email: vashuk@bk.ru
  • E.A. Budovskikh Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia) Email: budovskih_ea@physics.sibsiu.ru
  • L.P. Bashchenko Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia) Email: redjizvz@sibsiu.ru
  • V.E. Gromov Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia) Email: gromov@physics.sibsiu.ru
  • K.V. Aksenova Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia) Email: 19krestik91@mail.ru
Keywords: electroexplosive borocoppering, electron-beam treatment, element and phase composition, microhardness, wear resistance

Abstract

The paper concerns improving the microhardness and wear resistance of steel 45 by the combined treatment of electroexplosive borocoppering with the subsequent electron-beam treatment. It is found that surface roughness at the area of the electroexplosive treatment increases along with the absorbed power density and the mass of boron powder. The electron-beam treatment leads to a decrease of roughness and appearance of craters instead of radial melt flow traces. The depth structure of the electroexplosive alloying area with a thickness of 25 µm includes a coating layer, near-surface, intermediate, and boundary layers. The surface microhardness and the depth of the hardening zone after the electroexlosive alloying increase along with the absorbed power density and boron concentration and reach the values of 1400 HV The electron-beam treatment causes merging of the coating and the surface layers and increases the hardening zone depth up to 80 µm. A cellular or dendritic crystallization structure is formed near the surface, and a grain structure is formed in the depth. The inhomogeneous distribution of alloying elements over the volume of the alloying area and its adjustment during the electron-beam treatment are established. The inter-dendritic distances and grain diameters increase as the absorbed power density becomes higher with the increase of the electron-beam treatment exposure time. Also, the size of martensite needles increases in the depth. The combined treatment produces the sub microcrystalline strengthening phases-borides FeB, Fe2B, FeB2, carboboride Fe23 (C, B)6 , and carbide B4C. The microhardness level is reduced to 800 HV, and the wear resistance increases up to five times when compared to the wear resistance of the base.

Downloads

Download data is not yet available.

Metrics

Metrics Loading ...

Author Biographies

E.S. Vashchuk , Branch of the T.F. Gorbachev Kuzbass State Technical University (Prokopyevsk, Russia)

кандидат технических наук, доцент кафедры естественно-научных дисциплин филиала

E.A. Budovskikh, Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia)

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры естественно-научных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

L.P. Bashchenko, Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia)

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры теплоэнергетики и экологии им. проф. В.М. Финкеля

V.E. Gromov, Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia)

доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой естественно-научных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

K.V. Aksenova, Siberian State University of Industry (Novokuznetsk, Russia)

аспирант кафедры естественно-научных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля

References

Белый А.В., Калиниченко А.С. Девойно О.Г. Кукареко В.А. Инженерия поверхностей конструкционных материалов с использованием плазменных и пучковых технологий. Минск, 2017.

Денисова Ю.А., Иванов Ю.Ф., Иванова О.В. и др. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутого электронно-ионно-плазменным методам обработки / под общ. ред. Н.Н. Коваля и Ю.Ф. Иванова. Томск, 2016.

Углов В.В., Шиманский В.И., Асташинский В.М., Черенда Н.Н. Модификация титана при воздействии компрессионными плазменными потоками. Минск, 2017.

Багаутдинов А.Я., Будовских Е.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов. Новокузнецк, 2007.

Цвиркун О.А., Будовских Е.А., Багаутдинов Я.А., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е. Морфологические особенности кристаллизации поверхностных слоев железа и никеля при электровзрывном легировании // Изв. вузов. Черная металлургия. 2007. № 6.

Иванов Ю.Ф., Колубаева Ю.А., Коновалов С.В., Коваль Н.Н., Громов В.Е. Модификация поверхностного слоя стали при электронно-пучковой обработке // Металловедение и терм. обраб. металлов. 2008. № 12.

Зубченко А.С., Колосков М.М., Каширский Ю.В. и др. Марочник сталей и сплавов / под ред. В.Г. Сорокина. М., 2003.

Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технические процессы лазерной обработки. М., 2006.

Крукович М.Г., Прусаков Б.А., Сизов И.Г. Пластичность борированных слоев. М., 2010.

Марусин М.В., Щукин В.Г., Марусин В.В. Поверхностное легирование углеродистой стали медью при высокоэнергетической индукционной обработке // Физика и химия обраб. материалов. 2010. № 5.

Марусин М.В., Щукин В.Г., Филимоненко В.Н., Марусин В.В. Борирование стали при индукционной обработке // Физика и химия обраб. материалов. 2003. № 4.

Бурнышев И.Н., Валиахметова О.М., Мутагарова С.А. К вопросу борирования сталей // Вестн. ИжГТУ 2007. № 4.

Баландин Ю.А. Упрочнение поверхности штамповых сталей диффузионным борированием, боромеднением и борохромированием в псевдоожиженном слое // Металловедение и терм. обработка металлов. 2005. № 3.

Published
2021-09-10
How to Cite
Vashchuk E., Budovskikh E., Bashchenko L., Gromov V., Aksenova K. Structural Phase States and Surface Properties of Steel 45 after Electroexplosive Borocoppering and Electron-Beam Treatment // Izvestiya of Altai State University, 2021, № 4(120). P. 17-23 DOI: 10.14258/izvasu(2021)4-02. URL: http://izvestiya.asu.ru/article/view/%282021%294-02.