?
Разработка метода модификации поверхности чугуна ВЧ40 с повышенной стойкостью к гидроабразивному износу
Рассмотрены механизмы структурно-фазовой перестройки и физико-химические
процессы при формировании износостойких и коррозионно-пассивных покрытий на
чугуне ВЧ40 комбинированной технологией, сочетающей ультразвуковое пластическое
деформирование и электроискровое легирование (ЭИЛ). Образцы модифицировали
ультразвуковым индентором (УЗИ) в среде микрочастиц SiO2 (5 мкм) под давлением
400 МПа с последующим ЭИЛ графитовым и твердосплавным (ВК8) электродом. Структуру,
состав и микротвердость изучали методами сканирующий электронный микроскопии
совмещенной с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (SEM-EDX) и
индентирования по Виккерсу, а данные интерпретировали с привлечением моделей Блока,
Арчарда и уравнения Эйнштейна – Смолуховского. Установлено, что при ультразвуковой
обработке критерий Пекле (5,65 < Pe < 12,92) определяет режим “быстродвижущегося
источника”. Пиковая температура вспышки составляет всего 125,4 – 179,3 °C, что исключает
классическое плавление или аустенитизацию. Рост микротвердости (до 6,53 ГПа) на
первом этапе обусловлен механохимической активацией, приводящей к деструкции связей
диоксида кремния и синтезу силикатной матрицы, элементный состав которой, по данным
EDX, близок к фаялиту (Fe2SiO4) в термическом слое толщиной до 23,6 мкм. Финишное
ЭИЛ графитом неэффективно из-за карботермической реакции, вызывающей абляцию
кремния (до 0,12 ат. %) и падение микротвердости до 2,97 ГПа. Напротив, обработка
электродом ВК8 инициирует полярный перенос вольфрама и кобальта, а высокоскоростная
(≥ 105 °C/с) кристаллизация обеспечивает синтез дисперсных карбидов (WC, W2C, Fe3W3C)
в мартенситно-аустенитной матрице, повышая микротвердость до 8,82 ГПа. Оптимальный
маршрут (УЗИ + ЭИЛ ВК8) предположительно может обеспечить 4–7-кратное повышение
сопротивления гидроабразивному износу чугуна ВЧ40. Предварительно сформированный
подслой сглаживает градиент коэффициентов термического расширения, а кобальтовая
связка уменьшает внутренние напряжения. Полученный композиционный слой может
обеспечить изоляцию подложки, полностью блокируя развитие графитизационной коррозии
(селективного выщелачивания) и зарождение коррозионно-усталостных трещин.