Макар Степанович Степанов, доктор технических наук, профессор кафедры управления качеством
344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,1
Makar S. Stepanov, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Quality Management Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344002
Юрий Маркович Домбровский, доктор технических наук, профессор кафедры материаловедения и технологии металлов
344002, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина,1
Yuriy M. Dombrovskii, Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Materials Science and Technology of Metals Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344002
Введение. Основным недостатком традиционных процессов диффузионного поверхностного упрочнения стальных изделий является большая продолжительность, поэтому проблема интенсификации таких процессов является актуальной. Для ее решения предложено применение высокоэнергетического воздействия на материал, позволяющего получить упрочненный поверхностный слой из обмазки, в состав которой входят порошки ферросплавов, содержащие легирующие элементы. В литературе отсутствуют данные о необходимом содержании и дисперсности таких порошков в составе обмазки. Цель исследования — выбор размера частиц ферросплавов и их концентрации в обмазке для достижения максимально эффективного упрочнения обрабатываемого изделия.
Материалы и методы. Для экспериментальных исследований использовали цилиндрические образцы из стали 20 диаметром 12 мм и длиной 35 мм, на поверхность которых наносили легирующую обмазку, содержащую порошки ферросплавов и электропроводный гель в качестве связующего. После этого образцы погружали вертикально на половину длины в металлический контейнер, который далее заполняли угольным порошком с размером частиц 0,4–0,6 мм. Затем пропускали электрический ток величиной от 2,5 до 3,0 А в цепи источник питания — контейнер — угольный порошок — образец. Продолжительность процесса составляла 2–8 мин.
Результаты исследования. Выполнена расчетная оценка электрической проводимости угольного порошка, рассчитаны теплофизические параметры микродугового нагрева стали: мощность, выделяемая электрическим током на поверхности стального изделия, плотность теплового потока, энергия единичного микродугового разряда. Получены выражения для расчета размера частиц порошка ферросплавов, а также экспериментальные зависимости толщины диффузионного слоя от размера частиц ферросплавов и их содержания в обмазке.
Обсуждение и заключение. Результаты исследования позволили определить диапазон размеров частиц ферросплавов и их содержание в обмазке, позволяющие обеспечить наиболее эффективное легирование поверхности обрабатываемых изделий. Полученные данные будут использованы при разработке технологических процессов поверхностного упрочнения стальных изделий.
Introduction. The main disadvantage of traditional processes of diffusion surface hardening of steel products is its long duration. Therefore, the problem of intensification of such processes is relevant. To solve it, the use of high-energy effects on the material is proposed, which allows us to obtain a hardened surface layer from a coating composed of ferroalloy powders containing alloying elements. There is no data in the literature on the required content and dispersion of such powders in the composition of the coating. The aim of this study was to select the particle size of ferroalloys and their concentration in the coating to achieve the most effective hardening of the processed product.
Materials and Methods. For experimental studies, cylindrical samples made of steel 20 with a diameter of 12 mm and a length of 35 mm were used. On the surface of these samples, an alloying coating containing ferroalloy powders and an electrically conductive gel as a binder was applied. After that, the samples were immersed vertically for half their length into a metal container, which was then filled with carbon powder with a particle size of 0.4–0.6 mm. Then an electric current of 2.5 to 3.0 A was passed in the circuit power source — container — carbon powder — sample. The duration of the process was 2–8 minutes.
Results. The calculated estimation of the electrical conductivity of coal powder was performed, and the thermophysical parameters of microarc heating of steel were calculated. These include the power released by electric current on the surface of the steel product, the density of the heat flux, and the energy of a single microarc discharge. The expressions for calculating the particle size of ferroalloy powder were obtained, as well as the experimental dependencies of the diffusion layer thickness on the particle size of ferroalloys and their content in the coating.
Discussion and Conclusion. The results of this study have allowed us to determine the size range of ferroalloys and their content in the coating. This information is essential for optimizing the alloying process and ensuring the most efficient surface hardening treatment for steel products. The data collected will be used to develop improved technological processes for the surface hardening process, leading to improved product quality and performance.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.