TY - JOUR

T1 - Влияние низкотемпературной цементации в плазме электронного пучка на упрочнение и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали

AU - Skorynina, Polina

AU - Makarov, Aleksey

AU - Men'shakov, Andrey

AU - Osintseva, Alevtina

N1 - The reported study was funded by RFBR according to the research project № 18-38-00561_mol_a. It was done within the state assignment for IES UB RAS, theme No. AAAA-A18-118020790148-1, and the assignment for IMP UB RAS, theme “Structure” No. AAAA-A18-118020190116-6. The studies were performed at the Centers of Collaborative Access “Plastometry” of the Institute of Engineering Science, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Введение. Низкотемпературная плазменная цементация является эффективным способом повышения твердости термически неупрочняемых аустенитных хромоникелевых сталей. Использование низкоэнергетичных (до 1 кэВ) электронных пучков для плазменного модифицирования поверхности позволяет не только эффективно генерировать плазму, но и нагревать до высокой температуры помещаемые в плазму объекты без использования дополнительного внешнего нагрева. Однако в литературе отсутствуют сведения о цементации аустенитных нержавеющих сталей с использованием плазмы, генерируемой электронным пучком. Существенное влияние на уровень обеспечиваемых характеристик и формируемый фазовый состав аустенитных сталей оказывает температура цементации. Важно также учитывать, что применение ионно-плазменных химико-термических обработок может приводить к изменению шероховатости обрабатываемой поверхности. Цель работы заключается в изучении влияния температуры цементации в плазме низкоэнергетичного электронного пучка в диапазоне ТЦ = 350…500 °С на фазовый состав, шероховатость, глубину и упрочнение цементованного слоя аустенитной стали 04Х17Н8Т (AISI 321). Методы исследования: измерение микротвердости, рентгеноструктурный фазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия и оптическая профилометрия. Результаты и обсуждение. Цементация в плазме, генерируемой электронным пучком, при ТЦ = 350…500 °С обеспечивает повышение микротвердости поверхности аустенитной стали в 5,5 раз (до ~ 1100 HV 0,025). Установлено, что глубина упрочненного слоя в сильной степени зависит от температуры цементации и составляет 25 мкм при ТЦ = 350 °С, а при дальнейшем повышении температуры цементации возрастает вплоть до 200 мкм при ТЦ = 500 °С. Эффективное упрочнение поверхностного слоя нержавеющей стали связано с формированием пересыщенного углеродом аустенита γC и карбидов Cr23C6 при ТЦ = 350…500 °С, а также карбидов Cr7C3 при ТЦ = 500 °С. Показано, что цементация электрополированной поверхности стали при температурах 400…500 °С сопровождается ростом параметра шероховатости Ra до 0,73…1,06 мкм. Снижение температуры цементации до ТЦ = 350 °С приводит к формированию поверхности со значительно более низким параметром шероховатости Ra = 0,15 мкм.

AB - Введение. Низкотемпературная плазменная цементация является эффективным способом повышения твердости термически неупрочняемых аустенитных хромоникелевых сталей. Использование низкоэнергетичных (до 1 кэВ) электронных пучков для плазменного модифицирования поверхности позволяет не только эффективно генерировать плазму, но и нагревать до высокой температуры помещаемые в плазму объекты без использования дополнительного внешнего нагрева. Однако в литературе отсутствуют сведения о цементации аустенитных нержавеющих сталей с использованием плазмы, генерируемой электронным пучком. Существенное влияние на уровень обеспечиваемых характеристик и формируемый фазовый состав аустенитных сталей оказывает температура цементации. Важно также учитывать, что применение ионно-плазменных химико-термических обработок может приводить к изменению шероховатости обрабатываемой поверхности. Цель работы заключается в изучении влияния температуры цементации в плазме низкоэнергетичного электронного пучка в диапазоне ТЦ = 350…500 °С на фазовый состав, шероховатость, глубину и упрочнение цементованного слоя аустенитной стали 04Х17Н8Т (AISI 321). Методы исследования: измерение микротвердости, рентгеноструктурный фазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия и оптическая профилометрия. Результаты и обсуждение. Цементация в плазме, генерируемой электронным пучком, при ТЦ = 350…500 °С обеспечивает повышение микротвердости поверхности аустенитной стали в 5,5 раз (до ~ 1100 HV 0,025). Установлено, что глубина упрочненного слоя в сильной степени зависит от температуры цементации и составляет 25 мкм при ТЦ = 350 °С, а при дальнейшем повышении температуры цементации возрастает вплоть до 200 мкм при ТЦ = 500 °С. Эффективное упрочнение поверхностного слоя нержавеющей стали связано с формированием пересыщенного углеродом аустенита γC и карбидов Cr23C6 при ТЦ = 350…500 °С, а также карбидов Cr7C3 при ТЦ = 500 °С. Показано, что цементация электрополированной поверхности стали при температурах 400…500 °С сопровождается ростом параметра шероховатости Ra до 0,73…1,06 мкм. Снижение температуры цементации до ТЦ = 350 °С приводит к формированию поверхности со значительно более низким параметром шероховатости Ra = 0,15 мкм.

KW - Austenitic stainless steel

KW - Plasma carburization

KW - Electron beam

KW - Microhardness

KW - Roughness

KW - STAINLESS-STEEL

KW - MECHANICAL-PROPERTIES

KW - SPECIAL FEATURES

KW - WEAR-RESISTANCE

KW - FRICTION

KW - BEHAVIOR

KW - PHASE

KW - MICROSTRUCTURE

KW - Austenitic stainless steel

KW - Plasma carburization

KW - Electron beam

KW - Microhardness

KW - Roughness

UR - https://gateway.webofknowledge.com/gateway/Gateway.cgi?GWVersion=2&SrcAuth=tsmetrics&SrcApp=tsm_test&DestApp=WOS_CPL&DestLinkType=FullRecord&KeyUT=000471728300008

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=38096055

UR - http://www.scopus.com/inward/record.url?partnerID=8YFLogxK&scp=85099932757

U2 - 10.17212/1994-6309-2019-21.2-97-109

DO - 10.17212/1994-6309-2019-21.2-97-109

M3 - Статья

VL - 21

SP - 97

EP - 109

JO - Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты)

JF - Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты)

SN - 1994-6309

IS - 2

ER -