Кубанский государственный технический университет (Краснодар, Россия)

Э. Э. Бобылев, доцент, канд. техн. наук, ebobylev@mail.ru

Армавирский механико-технологический институт (филиал) Кубанского государственного технического университета (Армавир, Россия)
И. Д. Стороженко, старший преподаватель кафедры машиностроения АМТИ, storojenko_armv@mail.ru

В работе исследовано влияние диффузионных слоев, сформированных методом диффузионного легирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов (ДЛЛЖР) и комбинированной химико-термической обработки (КХТО), на жаростойкость конструкционных сталей Ст3, 40Х и 40Х13. Насыщение проводили при 1050 °C в расплавах Pb-Li с добавками Ni, Cu и Cr. Комбинированные процессы включали цементацию при 950° C, в пропан-бутановой смеси, азотирование в среде 80 % NH в различных циклах. Жаростойкость оценивали по потере массы при 650 °C в течение 100 часов согласно ГОСТ 6130-71 [1]. Установлено, что максимальное повышение жаростойкости достигается при формировании диффузионных слоев на основе карбидов и карбонитридов хрома. Наилучшие результаты показал цикл «цементация → ДЛЛЖР хромом → цементация», обеспечивший снижение удельной потери массы стали Ст3 с 621 до 1,4 г/м² (рост жаростойкости в 443,5 раза). Для стали 40Х жаростойкость увеличилась в 175 раз, для 40Х13 – в 3 раза. Показано, что высокая защитная способность обусловлена термодинамической стабильностью карбидов, низкой диффузией кислорода через плотный слой и формированием на поверхности защитной пленки оксида хрома. Кинетика окисления для карбидных слоев имеет параболический характер. Диффузионные слои на основе Ni-Cu и Ni-Cr показали более низкую эффективность из-за линейной кинетики окисления и неспособности формировать плотный оксидный барьер.

1. ГОСТ 6130-70. Металлы. Методы определения жаростойкости. – Введ. 01.01.1972.
2. Соколова И. С., Оборин А. В., Порозова С. Е. Модифицирование поверхности сталей, применяемых в арматуростроении/ Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2024. № 18 (4). С. 83–90. DOI: 10.17073/1997-308X-2024-4-83-90
3. Красиков А. В., Меркулова М. В., Михайлов М. С., Петров С. Н. Наноструктура гальванических покрытий Ni–W, отожженных при различных температурах // Вопросы материаловедения. 2024. № 2 (118). С. 46–54. DOI: 10.22349/1994-6716-2024-118-2-46-54
4. Колубаев А. В., Сизова О. В. Структура и свойства покрытий, полученных способом газотермического напыления // Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2024. №67 (6). С. 710–715. DOI: 10.17073/0368-0797-2024-6-710-715
5. Jing Liang, Ye Liu, Sheng Yang, Xiuyuan Yin, Suiyuan Chen, Changsheng Liu. Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti-Al-Ni-Si composite coatings // Surface and Coatings Technology. 2022. Vol. 445. P. 128727. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128727
6. Kang Yang, Cheng Chen, Guozheng Xu, Zitao Jiang, Shihong Zhang, Xia Liu. HVOF sprayed Ni–Mo coatings improved by annealing treatment: microstructure characterization, corrosion resistance to HCl and corrosion mechanisms // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 19. pp. 1906–1921. DOI: 10.1016/j.jmrt.2022.05.181
7. Lavakumar Bathini, M.J.N.V. Prasad, Nitin P. Wasekar. Development of continuous compositional gradient Ni-W coatings utilizing electrodeposition for superior wear resistance under sliding contact // Surface and Coatings Technology. 2022. Vol. 445. p. 128728. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128728
8. Yuling Yang, Yingxin Xin, Hongnan Chen, Zhenyu Liu, Bo Wang, Hongchao Qiao, Erlin Zhang. Improving wear and corrosion resistance of U71Mn rail steel subjected to laser in-situ fabrication of Fe based Cr–V coatings // Wear. 2024. Vol. 546–547. DOI: 10.1016/j.wear.2024.205312
9. Чжэн Ц., Гурьев М. А., Иванов С. Г., Мей Ш., Гурьев А. М. Влияние диффузионного покрытия бор–хром–лантан на жаростойкость и износостойкость стали 4Х5МФ1С // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2024. № 3 (49). С. 22–29. DOI: 10.57070/2304-4497-2024-3(49)-22-29
10. Xingzhi Su, Sufang Zhao, Juan Hou, Guojun Yu, Yanjun Chen, Hua Sun, Peng Zhang, Leidong Xie. Formation of chromium carbide coatings on HT250 steel by thermal diffusion processes in fluoride molten salt bath // Vacuum. 2018. Vol. 155. P. 219–223. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.06.015
11. Eugene Medvedovski, Gerardo Leal Mendoza, Ewa Rzad, Monika Solecka, Tomasz P. Dudziak. Influence of multi–layered thermal diffusion coatings on high–temperature sulfidation resistance of steels. Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 403. 126430. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126430
12. Nilay Çömez, Melis Yurddaskal, Canser Gül, Hülya Durmuş, Sevda Albayrak. Fe-Cr-C-V hardfacing coatings with molybdenum addition: Wear, corrosion, and cavitation performances // Surface and Coatings Technology. 2024. Vol. 482. P 130715. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2024.130715
13. Пряхин Е. И., Михайлов А. В., Сивенков А. В. Технологические особенности поверхностного легирования металлических изделий Cr-Ni комплексами в среде расплавов легкоплавких металлов // Черные металлы. 2023. №2. С. 58–66.
14. Бобылев Э. Э., Стороженко И. Д., Попов Р. А. Кинетика формирования на конструкционных сталях карбидохромовых диффузионных слоев, полученных комплексной химико-термической обработкой // Вопросы материаловедения. 2025. №3 (123). С. 21–30. DOI: 10.22349/1994-6716-2025-123-3-21-30
15. Бобылев Э. Э., Стороженко И. Д., Марченко В. Д., Маторин А. А. Разработка и внедрение технологии диффузионного легирования в среде легкоплавких жидкометаллических растворов // Передовые исследования Кубани. Сборник материалов Ежегодной отчетной конференции грантодержателей Кубанского научного фонда. – Краснодар : Кубанский научный фонд, 2023. С. 82–90.
16. Пат. 2767108 РФ. Устройство для диффузионной металлизации в среде легкоплавких жидкометаллических растворов / Соколов А. Г., Бобылев Э. Э., Стороженко И. Д., Попов Р. А. ; заявл. 20.05.2021 ; опубл. 16.03.2022.