Vestnik of Don State Technical UniversityVestnik of Don State Technical UniversityВестник Донского государственного технического университета1992-5980351010.12737/5701Технические наукиTechnical sciencesТехнические наукиThermodynamic analysis of reactions in the process of micro-arc steel chromingТермодинамический анализ реакций в процессе микродугового хромирования сталиДомбровскийЮрий МарковичDombrovskiyYuriy Марковичyurimd@mail.ruПустовойтВиктор НиколаевичPustovoytViktor НиколаевичСтепановМакар СтепановичStepanovMakar Степановичstepanovms@yandex.ru1109201411092014143118126https://zh-szf.ru/en/nauka/article/3510/view
Показано, что существующие процессы диффузионного хромирования характеризуются рядом недостатков. Предложено использование технологии микродуговой химико-термической обработки для формирования карбидного покрытия на поверхности материала. Проведены термодинамические расчёты реакций восстановления оксида хрома, являющегося источником диффузанта. Выявлено, что наиболее вероятно протекание реакций восстановления оксида хрома метаном и углеродом с образованием атомарного хрома, а также последовательным по мере возрастания температуры нагрева образованием карбидов Cr3C2, Cr7C3 и Cr23C6. Осуществлена экспериментальная проверка полученных результатов. В результате упрочняющей обработки получен поверхностный слой на основе карбидов хрома глубиной 20–25 мкм, под которым расположена науглероженная зона эвтектоидной концентрации, а далее — исходная ферритно-перлитная структура.
It is shown that the existing chromizing processes are characterized by a number of shortcomings. It is proposed to use the microarc thermochemical treatment technology to form a carbide coating on the material surface. Thermodynamic calculations on the reducing reactions of chromium oxide which is the diffusion source are made. It is revealed that the most probable reaction behavior is the chromium oxide reduction by methane and carbon with the formation of atomic chrome, and a consistent formation of Cr3C2, Cr7C3, and Cr23C6 carbides with an increase in temperature. The obtained results are checked through experiments. As a result of the hardening processing, a surface layer on the basis of chromium carbides with the depth of 20–25 microns is produced under which there is a carbonized area of eutectoid concentration, followed by a baseline ferrite-pearlitic structure.
микродуговое хромирование стальных изделийформирование поверхностного карбидного покрытиятермодинамические расчёты химических реакций.microarc steelwork chromizingformation of surface carbide coatingthermodynamic calculations of chemical reactions.
Введение. Одним из наиболее эффективных методов поверхностного упрочнения металлов и сплавов является химико-термическая обработка (ХТО). Она достаточно проста и может быть реализована на любом предприятии, имеющем термический цех или участок. Однако традиционные процессы ХТО (цементация, нитроцементация, азотирование) не всегда удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к деталям машин и инструменту. Это обусловливает интерес к процессам формирования диффузионных высокотвёрдых покрытий на основе карбидов, нитридов и боридов. Существующие технологии формирования таких покрытий отличаются большой продолжительностью, что сдерживает их практическое применение. Целью настоящей работы является изучение возможности интенсификации процесса формирования высокотвёрдых покрытий на основе карбидов хрома на поверхности стальных изделий.
Электрохимико-термическая обработка металлов и сплавов / И. Н. Кидин [и др.]. - Москва : Металлургия, 1978. - 320 с.Kidin, I. N., et al. Elektrokhimiko-termicheskaya obrabotka metallov i splavov. [Electrochemical-heat treatment of metals and alloys.] Moscow : Metallurgiya, 1978, 320 p. (in Russian).Химико-термическая обработка металлов и сплавов: справ. / Г. В. Борисёнок [и др.]. - Москва : Металлургия, 1981. - 424 с.Borisenok, G. V., et al. Khimiko-termicheskaya obrabotka metallov i splavov: spravochnik. [Thermochemical treatment of metals and alloys: handbook.] Moscow : Metallurgiya, 1981, 424 p. (in Russian).Лахтин, Ю. М. Химико-термическая обработка металлов / Ю. М. Лахтин, Б. Н. Арзамасов. - Москва : Металлургия, 1985. - 256 с.Lakhtin, Y. М., Arzamasov, B. N. Khimiko-termicheskaya obrabotka metallov. [Thermochemical treatment of metals.] Moscow : Metallurgiya, 1985, 256 p. (in Russian).Теория и технология химико-термической обработки / Л. Г. Ворошнин, О. Л. Менделеева, В. А. Сметкин. - Москва : Новое знание, 2010. - 304 с.Voroshnin, L. G., Mendeleyeva, O. L., Smetkin, V. A. Teoriya i tekhnologiya khimiko-termicheskoy obrabotki. [Theory and technology of metal thermochemical treatment.] Moscow : Novoye znaniye, 2010, 304 p. (in Russian).Диффузионные карбидные покрытия / В. Ф. Лоскутов [и др.]. - Киев : Тэхника, 1991. - 168 с.Loskutov, V. F., et al. Diffuzionnyye karbidnyye pokrytiya. [Diffusion carbidic coatings.] Kiyev : Tekhnika, 1991, 168 p. (in Russian).Домбровский, Ю. М. Новые аспекты химико-термической обработки металлов в порош-ковых средах / Ю. М. Домбровский, М. С. Степанов // Вестн. Дон. гос. техн. ун-та. - 2011. - Т. 11, № 8 (59), вып. 1. - С. 1217-1221.Stepanov, M. S., Dombrovskiy, Y. M. Novyye aspekty khimiko-termicheskoy obrabotki metallov v poroshkovykh sredakh. [New aspects of surface impregnation in powder environment.] Vestnik of DSTU, 2011, vol. 11, no. 8 (59), iss. 1, pp. 1217-1221 (in Russian).Домбровский, Ю. М. Выбор углеродсодержащей порошковой среды для микродуговой цементации металлических изделий / Ю. М. Домбровский, М. С. Степанов // Вестн. Дон. гос. техн. ун-та. - 2013. - № 3-4 (72-73). - С. 27-32.Dombrovskiy, Y. M., Stepanov, M. S. Vybor uglerodsoderzhashchey poroshkovoy sredy dlya mikrodugovoy tsementatsii metallicheskikh izdeliy. [Choice of carbon powdery environment for microarc carburizing of metalware.] Vestnik of DSTU, 2013, no. 3-4 (72-73), pp. 27-32 (in Russian).Домбровский, Ю. М. Микродуговая цементация стальных изделий в порошковых средах / Ю. М. Домбровский, М. С. Степанов // Упрочняющие технологии и покрытия. - 2013. - № 12. - С. 25-29.Dombrovskiy, Y. M., Stepanov, M. S. Mikrodugovaya tsementatsiya stalnykh izdeliy v porosh-kovykh sredakh. [Microarc carburizing of steel products in powder media.] Uprochnyayushchiye tekhnologii i pokrytiya, 2013, no. 12, pp. 25-29 (in Russian).Электроискровое легирование металлических поверхностей / А. Е. Гитлевич [и др.]. - Кишинёв : Штиинца, 1985. - 196 с.Gitlevich, A. E., et al. Elektroiskrovoye legirovaniye metallicheskikh poverkhnostey. [Spark al-loying of metal surfaces.] Kishinev : Shtiintsa, 1985, 196 p. (in Russian).Теория и технология производства ферросплавов / М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин. - Москва : Металлургия, 1988. - 784 с.Gasik, M. I., Lyakishev, N. P., Yemlin, B. I. Teoriya i tekhnologiya proizvodstva ferrosplavov. [Theory and technology of ferroalloy production.] Moscow : Metallurgiya, 1988, 784 p. (in Russian).Петрищев, А. С. Термодинамический анализ в системе Cr-O-C применительно к техно-логии металлизации хромосодержащего металлооксидного сырья / А. С. Петрищев, С. М. Григорьев, И. В. Прус // Науч. тр. Донец. нац. техн. ун-та. Серия: Металлургия. - 2011. - Вып. 13. - С. 28-33.Petrishchev, А. S., Grigoryev, S. M., Prus, I. V. Termodinamicheskiy analiz v sisteme Cr-O-C primenitelno k tekhnologii metallizatsii khromosoderzhashchego metallooksidnogo syrya. [Thermodynamic analysis of Cr-O-C system for metallization technology of chromic metal-oxide raw materials.] Nauchnyye trudy DonNTU. Seriya metallurgiya. 2011, iss. 13, pp. 28-33 (in Russian).Meegoda, J. N. Conversion of Chromium Ore Processing Residue to Chrome Steel / Jay N. Meegoda, Wiwat Kamolpornwijit, Zhengbo Hu. Newark: New Jersey Institute of Technology, 2007. - 49 p.Meegoda, Jay N., Wiwat Kamolpornwijit, Zhengbo Hu. Conversion of Chromium Ore Processing Residue to Chrome Steel. New Jersey Institute of Technology, 2007, 49 p.Морачевский, А. Г. Термодинамические расчёты в металлургии / А. Г. Морачевский, И. Б. Сладков. - Москва : Металлургия, 1985. - 136 с.Morachevskiy, А. G., Sladkov, I. B. Termodinamicheskiye raschety v metallurgii. [Thermody-namic calculations in metallurgy.] Moscow : Metallurgiya, 1985, 136 p. (in Russian).