МІКРОСТРУКТУРА, КІНЕТИКА РОСТУ І АБРАЗИВНА ЗНОСОСТІЙКІСТЬ ШАРІВ БОРИДУ НА СПЛАВІ Fe–30% Cr

Анотація

У процесі борування сплаву Fe–30% Cr у порошку аморфного бору з KBF4 (активатор) в інтервалі температур 850–950 °C і часу реакції 3600–43200 с (1–12 год) на межі розділу реагуючих фаз утворюються два боридні шари. Кожен з цих шарів є однофазним структурно (кристалографічно) і двофазним композиційно (хімічно). Зовнішній боридний шар, що межує з бором, складається з кристалів сполук (Fe, Cr)B і (Cr, Fe)B, а внутрішній шар, прилеглий до основи сплаву, включає кристали сполук (Fe, Cr)₂B і (Cr, Fe)₂B. Для обох шарів характерна яскраво виражена текстура. Кінетика їх дифузійного росту близька до параболічної і може бути альтернативно описана системою нелінійних диференціальних рівнянь dx/dt = (k_B/x) – (rgk_Fe/py), dy/dt = (k_Fe/y) – (qk_B/sgx), де x — товщина зовнішнього шару FeB(м), y - товщина внутрішнього шару Fe₂B (м), k_B — константа швидкості росту шару FeB (м²· с^-1), k_Fe - константа швидкості росту шару Fe₂B (м²· с^-1), g - співвідношення мольних об’ємів FeB і Fe₂B, p = q = r = 1, s = 2 (множники з хімічних формул FeB і Fe₂B). Температурна залежність констант швидкості росту боридних шарів описується рівнянням Арреніусівського типу: K = Aexp (–E/RT), де K - будь-яка константа, A - передекспоненціальний множник, E - енергія активації, R - газова стала, T - абсолютна температура. Застосування методу найменших квадратів дало наступні рівняння: k_B = 3.42 · 10^-8 x exp(–175,4 кДж · моль^-1/RT) м² · с^-1, k_Fe = 7.45 ·10^-9 exp(–144,6 кДж · моль^-1 /RT) м²· с^-1. Мікротвердість зовнішнього шару становить 18,1 ГПа, внутрішнього шару - 15,2 ГПа, основи сплаву - 1,75 ГПа. Суха абразивна зносостійкість зовнішнього боридного шару більше ніж у 300 разів вища від зносостійкості неборованих зразків сплаву Fe–30% Cr. Таке велике збільшення зносостійкості зумовлено специфічною мікроструктурою боридних шарів, що надає їм підвищеної жорсткості.