Effect of Mechanical Activation of the Powder Mixture on the Structure and Properties of Boro-Aluminized Low-Carbon Steels

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Boro-aluminizing is one of the most effective ways to improve the performance properties (corrosion resistance, heat and wear resistance) of low-carbon steels. Solid-phase methods of thermochemical treatment (TCT) are carried out from saturating mixtures based on powder materials. Preliminary mechanical activation of these powders is one of the ways to improve the properties of the resulting diffusion layer. The purpose of this work is to determine the effect of preliminary mechanical activation of the powder mixture on the structure and properties of the boro-aluminized layer on the surface of low-carbon steels. Methods: The paper considers the results of research on the preliminary mechanical activation of the saturating mixture in the TCT of low-carbon steels (for example, St3 and 3Kh2V8F) based on powdered boron and aluminum carbide. The results of experiments on preliminary mechanical activation of the saturating mixture are shown, and the dependence of the particle size of the initial mixture on the duration of mechanical activation is established. Samples of steels with a diffusion layer after TCT are obtained. It is found that the process temperature has a significant effect on the thickness of the layers obtained. With an increase in temperature from 950 ° C to 1050 ° C on St3 steel samples, the layer thickness increases from 120 to 150 μm, on 3Kh2V8F steel samples – 105 and 140 μm with a holding time of 2 h and 4 h, respectively. The microstructure of the obtained samples is investigated; dependence diagrams of the microhardness distribution on the depth of diffusion layers are shown. The distribution of Al over the depth of the resulting boro-aluminized layer is established. As additional studies, the saturation capacity of the mixture after a single application in the TCT process is studied. Results and discussions. The principal possibility of using mechanical activation in TCT to obtain diffusion layers with specified strength characteristics is established. An increase in the duration and temperature of TCT in mechanically activated mixtures leads to an increase in the aluminum content in the layer.

About the authors

P. A. Gulyashinov

Email: gulpasha@mail.ru
Ph.D. (Engineering), Baikal Institute of Nature Management of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 6 Sakhyanovoy st., Ulan-Ude, 670047, Russian Federation, gulpasha@mail.ru

U. L. Mishigdorzhiyn

Email: undrakh@ipms.bscnet.ru
Ph.D. (Engineering), 1. Institute of Physical Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 6 Sakhyanovoy st., Ulan-Ude, 670047, Russian Federation; 2. East Siberia State University of Technology and Management, 40V Kluchevskaya st., Ulan-Ude, 670013, Russian Federation, undrakh@ipms.bscnet.ru

N. S. Ulakhanov

Email: nulahanov@mail.ru
East Siberia State University of Technology and Management, 40V Kluchevskaya st., Ulan-Ude, 670013, Russian Federation, nulahanov@mail.ru

References

  1. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки: учебное пособие. – М.: Новое знание, 2010. – 304 с.
  2. Kulka M. Current trends in boriding: Techniques. – Cham, Switzerland: Springer, 2019. – 282 p. – (Engineering materials).
  3. Atul S.C., Adalarasan R., Santhanakumar M. Study on slurry paste boronizing of 410 martensitic stainless steel using taguchi based desirability analysis (TDA) // International Journal of Manufacturing, Materials, and Mechanical Engineering. – 2015. – N 5. – P. 64–77. – doi: 10.4018/IJMMME.2015070104.
  4. Thermocyclic boroaluminizing of low carbon steels in pastes / U. Mishigdorzhiyn, I. Polyansky, I. Sizov, B. Vetter, A. Schlieter, S. Heinze, C. Leyens // Materials Performance and Characterization. – 2017. – Vol. 6, iss. 4. – P. 531–545. – doi: 10.1520/MPC20160082.
  5. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов / отв. ред. А.С. Колосов; АН СССР, Сибирское отделение, Институт химии твердого тела и переработки минерального сырья. – 2-е изд., перераб. и доп. – Новосибирск: Наука, 1986. – 303 c.
  6. Механокомпозиты – прекурсоры для создания материалов с новыми свойствами / А.И. Анчаров [и др.]; отв. ред. О.И. Ломовский. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2010. – 432 с.
  7. Фундаментальные основы механической активации, механосинтеза и механохимических технологий / [Болдырев В.В. и др.]; отв. ред. Е.Г. Аввакумов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. – 342 с.
  8. The effect of mechanical activation of metal powders on their reactivity and the properties of plasma-deposited coatings / V.A. Polyboyarov, A.E. Lapin, Z.A. Korotaeva, A. Cherepanov, O. Solonenko, N.S. Kobotaeva, Е.Е. Sirotkina, M. Korchagin // Physical Mesomechanics. – 2002. – N 5. – P. 89–94.
  9. Shojaie M. Mechanically activated combustion synthesis of B4C-TiB2 nanocomposite powder // Journal of Advanced Materials and Processing. – 2017. – Vol. 5, N 1. – P. 13–21.
  10. Self-propagating high-temperature synthesis in mechanically activated mixtures of boron carbide and titanium / M.A. Korchagin, A.I. Gavrilov, V.E. Zarko, A.B. Kiskin, Yu.V. Iordan, V.I. Trushlyakov // Combustion, Explosios, and Shock Waves. – 2017. – Vol. 53. – P. 669–677. – doi: 10.1134/S0010508217060077.
  11. Gaffet E., Bernard F. Mechanically activated powder metallurgy processing: a versatile way towards nanomaterials synthesis // Annales de Chimie Science des Matériaux. – 2002. – Vol. 27, iss. 6. – P. 47–59. – doi: 10.1016/S0151-9107(02)90014-0.
  12. Torabi O., Ebrahimi-Kahrizsangi R. Effect of the aluminum content on the mechanochemical behavior in ternary system Al-B2O3-C // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2013. – Vol. 36. – P. 90–96. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2012.07.006.
  13. Яковенко Р.В. Влияние механоактивации на структуру и свойства хромистой карбидостали с добавками карбида бора // Современные проблемы физического материаловедения. – Киев, 2015. – Вып. 24. – С. 94–99.
  14. Каченюк М.Н., Сметкин А.А. Эволюция структуры композиционных частиц при механоактивации порошковых смесей на основе титана, карбида кремния и углерода // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.
  15. An evaluation of a borided layer formed on Ti-6Al-4V alloy by means of SMAT and low-temperature boriding / Q. Yao, J. Sun, Y. Fu, W. Tong, H. Zhang // Materials. – 2016. – Vol. 9, N 12. – P. 993. – doi: 10.3390/ma9120993.
  16. Sytentesis of Al-B4C composite coating on low carbon steel by mechanical alloying method / A. Canakci, F. Erdemir, T. Varol, S. Özkaya, R. Dalm?s // Usak University Journal of Material Sciences. – 2014. – Vol. 1. – P. 15–22.
  17. Wear resistance of HVOF sprayed coatings from mechanically activated thermally synthesized Cr3C2–Ni spray powder / H. Sarjas, K. Priit, K. Juhani, M. Viljus, V. Matikainen, P. Vuoristo // Proceedings of the Estonian Academy of Sciences. – 2016. – Vol. 65, N 2. – P. 101–106. – doi: 10.3176/proc.2016.2.10.
  18. Production of thermal spray Cr3C2-Ni powders by mechanically activated synthesis / D. Tkachivskyi, K. Juhani, A. Surzhenkov, P. Kulu, M. Viljus, R. Traksmaa, V. Jankauskas, R. Leišys // Key Engineering Materials. – 2019. – Vol. 799. – P. 31–36. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/KEM.799.31' target='_blank'>www.scientific.net/KEM.799.31.
  19. Microstructure and wear behavior of tungsten hot-work steel after boriding and boroaluminizing / U. Mishigdorzhiyn, Y. Chen, N. Ulakhanov, H. Liang // Lubricants. – 2020. – Vol. 8, iss. 3. – doi: 10.3390/lubricants8030026.
  20. Mishigdorzhiyn U., Sizov I. The influence of boroaluminizing temperature on microstructure and wear resistance in low-carbon steels // Materials Performance and Characterization. – 2018. – Vol. 7, N 3. – P. 252–265. – doi: 10.1520/MPC20170074.
  21. Jurci P., Hudáková M. Diffusion boronizing of H11 hot work tool steel // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2011. – Vol. 20. – P. 1180–1187. – doi: 10.1007/s11665-010-9750-x.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».