Badania naprężeń własnych w warstwach chromokrzemowanej i chromowanej wytwarzanych metodą proszkową

W pracy omówiono wyniki badań dotyczące stanu naprężeń własnych w warstwie chromokrzemowanej i chromowanej. Warstwy dyfuzyjne wytworzono metodą proszkową na powierzchni stali C45. Procesy technologiczne przeprowadzono w temperaturze 1000°C przez 6 godzin. Do wytwarzania warstwy chromokrzemowanej zastosowano mieszaninę proszkową zawierającą żelazochrom z dodatkiem SiC, kaolin oraz chlorek amonu. Natomiast do wytwarzania warstwy chromowanej zastosowano mieszaninę zawierającą Cr2O3 z dodatkiem Al, kaolin oraz chlorek amonu. Próbki ze stali C45 przeznaczone do badań umieszczano w uprzednio przygotowanej mieszaninie proszkowej w skrzynkach o specjalnej konstrukcji wykonanych ze stali X6CrNiTi18-10. Aby zapobiec utlenianiu się wsadu, które jest zjawiskiem niepożądanym, skrzynki zamykano pokrywą i uszczelniano emalią topiącą się w temperaturze 600°C. Badania mikrostruktury i grubości warstw dyfuzyjnych wytworzonych na stali C45 przeprowadzono za pomocą mikroskopu metalograficznego Olympus IX na poprzecznych zgładach metalograficznych trawionych nitalem. Wykazały one jasną, nietrawiącą się, oddzieloną wyraźną granicą od podłoża warstwę chromokrzemowaną o grubości ok. 16 μm oraz chromowaną o grubości ok. 27 μm. Skład fazowy warstw oceniano za pomocą dyfraktometru firmy Philips z goniometrem X-Pert, stosując promieniowanie CuKα z monochromatyzacją wiązki dyfrakcyjnej. Skład chemiczny warstw oceniano za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego (SEM) z mikroanalizatorem rentgenowskim oraz optycznego spektrometru emisyjnego z wzbudzeniem jarzeniowym GDOES. Pomiary chropowatości powierzchni przeprowadzono za pomocą profilografu Homell Tester T 1000E. Chromokrzemowane i chromowane próbki ze stali C45 wykazały wzrost parametrów chropowatości w porównaniu ze stalą bez warstw. Pomiary twardości HV0,05 wykonane sposobem Vickersa na poprzecznych zgładach metalograficznych próbek chromowanych i chromokrzemowanych wykazały jej ok. 5÷6-krotny wzrost w porównaniu z materiałem podłoża. Rentgenowska analiza fazowa ujawniła w warstwie chromokrzemowanej obecność węglika typu (Cr, Fe)7C3, węgloazotka typu Cr2(N, C) oraz w warstwie chromowanej węglika typu (Cr, Fe)23C6 i węgloazotka typu Cr2(N, C). Naprężenia wyznaczono za pomocą metody dyfrakcji rentgenowskiej sin2ψ. Wyniki badań wykazały, że chromokrzemowanie i chromowanie generują na powierzchni stali C45 stan naprężeń własnych ściskających.

---

In the work the results of examinations of residual stress state in the chromosiliconized and chromized layer have been discussed. Diffusion layers were produced on the surface of C45 steel by the powder method. The technological processes were carried out at 1000°C for 6 hours. The chromosiliconized layer was produced with the use of ferrochromium powder combined with SiC, kaolin and ammonium chloride. The chromized layer was produced with the use of Cr2O3 combined with Al, kaolin and ammonium chloride. Samples of C45 steel were placed in the powder mix in special boxes made of X6CrNiTi18-10 steel. To prevent sample oxidation the boxes were covered with lids and sealed with vitreous enamel which melts at temperatures 600°C. Microstructural analyses and thickness measurements of a diffusion layers were carried out using the Olympus IX 70 metallographic microscope. Nital-etched microsections perpendicular to the surface of the sample were examined. A bright, non-etched, clearly separated from the steel substrate chromized layer with an estimated thickness of 27 μm and chromosiliconized with an estimated thickness of 16 μm were observed. The phase composition of a chromosiliconized and chromized layer was evaluated using a Philips X’Pert diffractometer with CuKα radiation and monochromatization of diffracted beams. X-ray diffraction method of chromosiliconized layer revealed the presence of (Cr, Fe)7C3 carbide, Cr2(N, C) carbonitride and (Cr, Fe)23C6 carbide, Cr2(N, C) carbonitride in chromized layer. Chemical composition was determined by SEM with X-ray microanalysis and glow discharge optical emission spectroscopy (GDOES). Surface roughness was measured with a Hommel Tester T1000. Chromosiliconized and chromized layers on samples of C45 steel were characterized by higher surface roughness than uncoated steel. Vickers hardness tests (HV0.05) performed on transverse microsections revealed a 5÷6-fold increase than uncoated steel. Stresses were measured by the sin2ψ X-ray diffraction method. The results of the study show that chromosiliconizing and chromizing processes generate the state of the residual compressive stress on the surface of C45 steel.