Металлопрокат
Металлоконструкции
Обработка металла
Высокая поверхностнаz твердость (до 3000 кГ/мм ) - важное свойство базированной стали. Твердость не является физической константой вещества, как, например, температура плавления, темнота сублимации и т.д. Однако эта величина, характеризующая сопротивление кристаллической решетки упруго-пластической деформации при контактном сжатии, весьма чувствительна К различным факторам, связанным с энергией решетки.
Интересно вскрытие внутренней природы высокой твердости и хрупкости образующихся при борировании фаз. Все боридные фазы характеризуются чрезвычайно большими энергиями межатомного взаимодействия и, следовательно, большим значением модуля упругости. Так для борида титана TiB2 значение модуля упругости составляет 5400 кГ/мм2. Так как максимальное значение критического скалывающего наиряжения, определяющего сопротивление кристаллического тела пластической деформации (и, следовательно, твердость), составляет примерно 0,1 модуля сдвига, то потенциальные возможности боридных фаз в отношении сопротивления пластической деформации чрезвычайно велики.
Я.С. Уманский предполагает, что процессы скольжения вдоль плоскостей сдвига в твердых тугоплавких соединениях затруднены неоднородностями атомного масштаба. То, что между смежными атомными плоскостями, построенными из крупных атомов металла, размещены меньше атомы неметаллического элемента, должно затруднять развитие плоскостей сдвига и способствовать приближению реального значения сопротивления пластической деформации к теоретическому.
Корреляция твердости с многими физическими константами вещества позволяет предположить, что природа высокой твердости боридных фаз связана с их электронным строением. Значительное повышение твердости при диффузионном насыщении объясняется образованием устойчивых электронных конфигураций. Твердость образующихся боридов существенно обусловлена энергетической стабильностью и статистическим весом sp3- и d5-конфигураций. Именно высокой стабильностью электронных конфигураций а объясняется способность борированных слоев сохранять твердость до высокой температуры (850-900° С). На хрупкость боридов большое влияние оказывает доля нелокализованных электронов, вызывающих разрыхление решетки и соответственное уменьшение микрохрупкости.
Твердость борированного слоя зависит от содержания в стали боридобразующих элементов (табл. 22). Так, присутствие в стали вольфрама, ванадия, молибдена, титана способствует повышению твердости борированного слоя при меньшей его толщине. Чем больше этих элементов содержит сталь, тем выше твердость и хрупкость. образующихся при борировании фаз. Для понижения хрупкости насыщенного бором слоя, который способен растрескиваться под влиянием деформаций, вызываемых термическим расширением основного металла, сталь должна содержать другие элементы. Относят к таким элементам медь, цинк и серебро, которые не растворяют в себе бор и не подвергаются борированию. Присутствие этих элементов в структуре основного металла делает борированный слой менее хрупким вследствие образования пластичных неборированных прослоек между хрупкими борированными участками. Проблема хрупкости во многих случаях может быть преодолена благодаря конструктивному решению.
