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

Polina Skorynina, Aleksey Makarov, Andrey Men'shakov, Alevtina Osintseva

Результат исследований: Вклад в журналСтатья

Аннотация

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.
Переведенное названиеEffect of Low-Temperature Carburization in Electron Beam Plasma on the Hardening and Surface Roughness of the Metastable Austenitic Steel
Язык оригиналаРусский
Страницы (с-по)97-109
Число страниц13
ЖурналОбработка металлов (технология, оборудование, инструменты)
Том21
Номер выпуска2
DOI
СостояниеОпубликовано - 2019

Ключевые слова

  • Austenitic stainless steel
  • Plasma carburization
  • Electron beam
  • Microhardness
  • Roughness
  • STAINLESS-STEEL
  • MECHANICAL-PROPERTIES
  • SPECIAL FEATURES
  • WEAR-RESISTANCE
  • FRICTION
  • BEHAVIOR
  • PHASE
  • MICROSTRUCTURE

Предметные области WoS

  • Металловедение и Металлургия

ГРНТИ

  • 53.49.00 Металловедение

Уровень публикации

  • Перечень ВАК

Цитировать