Obrabotka Metallov. 2017 no. 2(75)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (75) 2017 57 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ наноструктурирующую фрикционную обработ- ку скользящим индентором и последующее не- прерывное и газоциклическое азотирование в плазме электронного пучка при температурах 450 и 500 °С, на упрочнение и качество поверх- ности аустенитной стали AISI 321 (04Х17Н8Т). Методика экспериментального исследования Исследовали коррозионностойкую аустенит- ную сталь 04Х17Н8Т (аналог AISI 321) состава в масс. %: 0,04С; 16,77Cr; 8,44Ni; 1,15Mn; 0,67Si; 0,32Ti; 0,31Cu; 0,26Mo; 0,12Co; 0,12V; 0,04P; 0,03Nb; 0,005S. Образцы размером 40×20×10 мм вырезали из листовой стали методом электро- искровой резки и подвергали закалке от 1100 °С с охлаждением в воде, механическому шлифо- ванию, электролитическому полированию и фрикционной обработке. Фрикционную обра- ботку проводили скользящим индентором из синтетического алмаза с радиусом полусферы R = 3 мм в безокислительной среде аргона (рис. 1) при технологических условиях, ис- ключающих значительный фрикционный на- грев обрабатываемой поверхности: нагрузка на индентор Р = 294 Н, одиночное сканирова- ние индентором при смещении на 0,02 мм на каждый двойной ход возвратно-поступатель- ного движения. Далее образцы подвергали химической очистке в ультразвуковой ванне в ацетоне в течение 10 мин и помещали в ваку- умную камеру для последующей ионно-плаз- менной обработки. Схема лабораторной установки для азо- тирования представлена на рис. 2. Источник электронов с плазменным катодом на основе тлеющего разряда низкого давления, аналогич- ный описанному в [20], электродная система которого состоит из полого катода 1 и полого анода 2 , применяли для генерации плазмы в объ- еме вакуумной камеры. Ускоряющее напряжение U а = 120 В прикладывали между сеткой 3 и за- земленными стенками рабочей камеры 4 . Пу- чок электронов 5 круглого сечения площадью 80 см 2 формировался в двойном слое простран- ственного заряда, образующемся вблизи сет- ки. Держатель образцов 6 , к которому прикла- дывали отрицательное напряжение смещения U b = 120…200 В, был установлен на расстоянии 150 мм от сетки. Температуру образцов 7 изме- ряли термопарой. Камера откачивалась турбо- молекулярным насосом nEXT240 (Edwards) до давления 2×10 −2 Па. Двухканальная система на- пуска газа (Bronkhorst) обеспечивала регулиру- емую подачу газов в камеру через электродную систему электронного источника. Давление сме- си аргона с азотом (Ar/N 2 = 1/1) составляло 3 Па. Использовали азот особой чистоты (99,999 %) и аргон высокой чистоты (99,998 %). На начальном этапе образцы подвергали ионному распылению в течение 30 мин в арго- новой плазме потоком ионов с плотностью тока 1…2 мА/см 2 и энергией 200…500 эВ, для того чтобы удалить с поверхности нержавеющей стали оксидные пленки, которые препятству- Рис. 1. Схема фрикционной обработки образца полусферическим индентором в среде аргона Рис. 2. Схема установки для азотирования