Термодинамічні умови отримання комплексних карбідних покриттів

Анотація

У роботі розглянуто термодинамічні закономірності формування карбідних покриттів на сталях у процесах комплексного дифузійного насичення за участю хрому та титану. Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення зносостійкості та довговічності деталей машин та інструменту, що працюють в умовах інтенсивного тертя, високих температур і агресивних середовищ. Основну увагу приділено моделюванню закритих багатокомпонентних термодинамічних систем Cr–Cl–C, Cr–Cl–C–Fe та Cr–Cl–C–Ti в умовах зниженого тиску.

Термодинамічний аналіз рівноважного стану реакційного середовища виконано з використанням програмного комплексу АСТРА в температурному інтервалі 600–1500 К за сталого тиску 10² Па. Визначено склад газової та конденсованої фаз, а також досліджено вплив вмісту вуглецю, заліза і титану на величину парціальних тисків хлоридів перехідних металів. Показано, що вміст вуглецю істотно впливає на фазовий склад карбідів хрому в конденсованій фазі, але практично не змінює парціальні тиски його хлоридів у газовій фазі. Встановлено, що введення титану призводить до появи в газовій фазі хлоридів титану та формування стабільного карбіду TiC у конденсованому стані.

На основі отриманих результатів зроблено висновки щодо послідовності формування шарів комплексних карбідних покриттів у процесі хромотитанування. Показано, що за низького вмісту титану переважає утворення карбідів хрому, тоді як підвищення концентрації титану зумовлює домінування процесів титанування з формуванням шару TiC. Результати термодинамічного моделювання підтверджено експериментальними дослідженнями покриттів на сталі У8А, які засвідчили формування багатошарових карбідних покриттів з підвищеною мікротвердістю. Отримані дані можуть бути використані для оптимізації технологічних параметрів процесів дифузійного насичення та прогнозування фазового складу захисних покриттів.