Одним из перспективных способов упрочнения поверхности стальных изделий является химико-термическая обработка (ХТО).

Для стали 30Х были построены математические модели, связывающие параметры двухкомпонентной ХТО (температура нагрева, время выдержки при этой температуре, общее количество бора, количество хрома) с толщиной и износостойкостью борохромированного слоя. При этом использовали методы математического планирования эксперимента с применением дробных факторных планов (типа 2^4-1 с определяющим контрастом 1=Х₁Х₂Х₃).

Параметрами оптимизации служили износостойкость (основной параметр) и толщина слоя (ограничение). В качестве факторов выбраны температура нагрева Т, время процесса насыщения τ, количество бора в насыщающей смеси v₁, количество второго насыщающего компонента (хрома) v₂ соответственно. В качестве эталона износостойкости выбрана закаленная и низкоотпущеная углеродистая сталь У8 с твердостью 51-52 HRCэ.

Математическая модель, построенная по результатам оптимизации:

Y=14,675+0,7575Х₁+0,6312Х₂+0,5987Х₄-0,5425Х₁Х₃+0,5912Х₁Х₄

где: Y - относительная износостойкость борохромированной стали, Х₁ - температура, °С; Х₂ - время выдержки в процессе насыщения; Х₃ - содержание основного насыщающего элемента (бор), масс.%; Х₄ - содержание второго насыщающего элемента (хром), масс%.

В результате оптимизации выявлено, что максимальной износостойкостью обладают слои, полученные при температуре 1050°С, времени насыщения 6 ч, и количестве хрома в насыщающей обмазке около 20%.

Наряду с высокой износостойкостью диффузионного слоя, на износостойкость упрочненного методами ХТО изделия в целом большое влияние оказывает также толщина диффузионного слоя. Поэтому, в целях оценки влияния параметров режима насыщения на толщину получающегося диффузионного слоя, была проведена оптимизация параметров для получения максимально возможных значений толщины диффузионного слоя. Полученная математическая модель:

Y=149,0625+49,0625Х₁+39,6875Х₂+17,8125Х₄

где: Y - толщина диффузионного слоя, мкм, Х₁ - температура, °С; Х₂ - время выдержки в процессе насыщения; Х₃ - содержание основного насыщающего элемента (бор), масс.%; Х₄ - содержание второго насыщающего элемента (хром), масс%.

Анализ результатов статистической обработки экспериментальных данных показал, что основными критериями, определяющими износостойкость, являются температура процесса насыщения, время выдержки при температуре насыщения и количество хрома в насыщающей обмазке, а основными критериями, определяющими толщину диффузионного слоя, - температура и время насыщения. Бор в насыщающей обмазке в рассматриваемом количестве оказывает более слабое влияние на износостойкость и толщину диффузионного слоя по разработанным способам упрочнения. Но при снижении количества бора ниже 50% начинает сказываться и его влияние на износостойкость и толщину слоя.

---

Работа представлена на V научную международную конференцию «Инновационные технологии», Тайланд (Паттайа), 20-28 февраля 2008 г. Поступила в редакцию 15.01.2008.