Зміцнення поверхні сталі Ст3 електроіскровим легуванням у комбінованих середовищах різного агрегатного стану

Г. Г. Лобачова; Є. В. Іващенко

doi:10.15407/mom2026.01.040

Автор(и)

Г. Г. Лобачова Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-7264-3713
Є. В. Іващенко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, Україна https://orcid.org/0000-0002-8360-5042

DOI:

https://doi.org/10.15407/mom2026.01.040

Ключові слова:

електроіскрове легування (ЕІЛ), покриття, середовище, рідкий азот, гліцерин, хром, титан, цирконій

Анотація

В роботі представлені результати дослідження поверхневої зони сталі Ст3 після електроіскрового легування (ЕІЛ) хромом, титаном та цирконієм у комбінованих насичувальних середовищах. Особливість такого оброблення полягає у комбінуванні середовищ різного хімічного складу та агрегатного стану у межах одного технологічного процесу. Оброблення здійснюється у два етапи: ЕІЛ у рідкому азоті та ЕІЛ у гліцерині. Середовище рідкого азоту дозволяє стрімко знижувати температуру легувального електроду та катоду, чим сприяє зростанню глибини проникнення атомів металів анодів вглиб сталевої основи. Середовище гліцерину виступає джерелом вуглецю, який з’являється внаслідок часткової дисоціації за температури кипіння під дією іскрового розряду у локальних об’ємах рідини.

Вибір матеріалів анодів обумовлювався їх здатністю до утворення карбідів та нітридів. Екстремальні умови процесу ЕІЛ, за яких відбувається взаємодія хрому, титану та цирконію з елементами середовищ (азотом та вуглецем), сприяють формуванню покриттів, збагачених фазами проникнення різного типу.

Мікроструктурним аналізом виявлено, що шляхом ЕІЛ зі зміною середовищ у послідовності рідкий азот – гліцерин формуються покриття товщиною 30 – 40 мкм. Склад поверхневих легованих шарів на сталі Ст3 є багатофазним і залежить від матеріалу легувального електроду (Cr, Ti, Zr).

Мікротвердість досліджуваних покриттів на сталі Ст3 складає 4,3 – 5,7 ГПа завдяки наявності карбідів, нітридів перехідних металів, а також інтерметалідів та твердих розчинів з матеріалом основи. Розподіл мікротвердості вглиб сталевої основи показав її підвищені значення до 70 мкм, що може спричинитися комплексним впливом температури та густини середовища. Градієнти температури під час ЕІЛ у рідкому азоті сприяють стрімкому зростанню глибини проникнення атомів металів анодів вглиб досліджуваних зразків. Подальше легування у гліцерині викликає дифузійні процеси насичення покриттів та основи неметалічними включеннями з рідинного середовища, які приводять до появи карбідних частинок на скупченнях дислокацій, що утворилися на попередньому етапі оброблення.

Посилання

Lobachova, H. H., Ivashchenko, Ye. V., & Havryliuk, Yu. M. (2011). Vplyv skladu mizhelektrodnoho seredovyshcha na strukturu ta mikrotverdist splaviv zaliza pry elektroiskrovomu lehuvanni tsyrkoniiem, tytanom, khromom. Visnyk Kremenchutskoho natsionalnoho universytetu imeni Mykhaila Ostrohradskoho, 3(68), 86-90.

Sydorenko, S. I., Ivashchenko, Ye. V., & Lobachova, H. H. (2014). Osoblyvosti formuvannia struktury ta vlastyvosti pokryttiv na stali pislia elektroiskrovoho lehuvannia u ridynnykh nasychuvalnykh seredovyshchakh z vuhletsevvmisnymy poroshkamy. Metaloznavstvo ta obrobka metaliv, (3), 27-34.

Sydorenko, S. I., Ivashchenko, Ye. V., Lobachova, H. H., & Havryliuk, Yu. M. (2013). Stvorennia zmitsnenykh pokryttiv na nyzkovuhletsevi stali metodom elektroiskrovoho lehuvannia u seredovyshchakh zminnoho skladu. Novi tekhnolohii. Naukovyi visnyk Instytutu ekonomiky i novykh tekhnolohii, (3-4), 3-7.

Mazanko, V. F., Hertsryken, D. S., Myronov, V. M., Myronov, D. V., & Bobyr, S. A. (2014). Iskrovoi razriad i diffuzionnye protsessy v metallakh [Spark discharge and diffusion processes in metals]. Kyiv, Ukraine: Naukova Dumka.

Hertsryken, D. S., Mazanko, V. F., Tyshkevych, V. M., & Falchenko, V. M. (2001). Massoperenos v metallakh pri nizkikh temperaturakh v usloviiakh vneshnikh vozdeistvii [Mass transfer in metals at low temperatures under external influences]. Kyiv, Ukraine: RIO IMR NAS of Ukraine.