Obrabotka Metallov 2015 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (68) 2015 99 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 669-179:539.4 СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ И ЦИКЛИЧЕСКАЯ ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ВЫСОКОХРОМИСТОЙ СТАЛИ 40Х13, ОБРАБОТАННОЙ ИНТЕНСИВНЫМИ ПОТОКАМИ ИОНОВ АЗОТА В.А. КУКАРЕКО, доктор физ.-мат. наук ( ГНУ ОИМ НАН Беларуси , г. Минск ) Поступила 15 июня 2015 Рецензирование 10 июля 2015 Принята к печати 7 августа 2015 Кукареко В.А. – 220072, г. Минск, ул. Академическая, 12, Республика Беларусь Государственное научное учреждение «Объединенный институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси», e-mail; v_kukareko@mail.ru Исследовано влияние ионно-лучевого азотирования на структурно-фазовое состояние и циклическую долговечность высокохромистой мартенситной стали 40Х13. Установлено, что обработка стали интенсивны- ми потоками ионов азота эффективно повышает ее микротвердость и сопротивление усталостному разруше- нию в области многоцикловой усталости. Сделано заключение, что на циклическую долговечность большое влияние оказывает уровень действующих в поверхностных слоях напряжений сжатия. Наиболее высокие уровни напряжений сжатия и циклической долговечности достигаются в результате ионной обработки стали при 670 К, обеспечивающей наряду с образованием нитридов также и высокую концентрацию растворенного в матричной фазе азота. Ключевые слова: сталь 40Х13, ионно-лучевое азотирование, фазовый состав, циклическая долговеч- ность. DOI: 10.17212/1994-6309-2015-3-99-106 Введение Сопротивление разрушению под воздействи- ем циклических деформаций является одной из важнейших механических характеристик кон- струкционных материалов [1]. Поскольку уста- лостная трещина зарождается как правило в поверхностных слоях, то модифицирование по- верхности является перспективным способом увеличения выносливости металлических ма- териалов [1–3]. Многочисленные исследования влияния высокоэнергетической ионно-лучевой обработки на усталость конструкционных ма- териалов свидетельствуют о том, что внедрение ионов различных элементов замедляет кинети- ку зарождения и распространения усталостных трещин и существенно повышает циклическую долговечность модифицированных материалов [4]. Новые перспективы открывает примене- ние низкоэнергетических ионно-лучевых тех- нологий с использованием пучков заряженных частиц высокой плотности [4, 5]. В частности, использование потоков ускоренных ионов азота c энергией 2...3 кэВ и плотности ионного тока j = 1...2 мА/см позволяет при сравнительно кра- тковременном облучении (1,5...2 ч) получать флюенс легирования ~ 3...4∙10 19 ион∙см –2 и до- стигать в поверхностных слоях облучаемых материалов сверхвысокую концентрацию азота ( ~ 30 ат.%) [4, 6, 7]. В процессе ионно-лучевой обработки металлических материалов за счет радиационно-стимулированной диффузии азот транспортируется в глубокие подповерхност- ные слои и модифицирует их [4–8]. Вместе с тем