Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 103 MATERIAL SCIENCE Рис. 6. Содержание углерода в γ-твердом растворе стали 04Х17Н8Т в зависимости от температуры цементации Т ц в плазме электронного пучка Fig. 6. The content of carbon in γ-solid solution of the steel 04Cr17Ni8T depending on the carburization temperature T с in the electron beam plasma цементации, наблюдали увеличение сдви- га рентгеновских линий аустенита с ростом концентрации углерода в γ-твердом растворе. При увеличении температуры цементации со- держание углерода в аустените снижается до 0,9 мас. % при Т ц = 500 °С, что в 2,7 раза меньше, чем при Т ц = 350 °С (см. рис. 6). Рентгеновские линии аустенита (111)γ и (200)γ при Т ц = 500 °С смещаются на меньшую величину, чем при Т ц = 350 °С (см. рис. 5). Это, по-видимому, от- ражает рост количества карбидных фаз в цемен- тованном слое. О возможности карбидообра- зования с увеличением температуры газовой и плазменной цементации свидетельствуют дан- ные [16, 23]. Таким образом, отмеченный пятикратный рост микротвердости поверхности исследуе- мой стали 04Х17Н8Т обусловлен формировани- ем пересыщенного углеродом «расширенного» аустенита γ С и карбидов хрома (см. рис. 2 и 5). При температуре цементации 350 °С достигае- мый уровень твердости (~1100 HV 0,025) обе- спечивается за счет формирования «расширен- ного» аустенита γ С , содержащего максимальное количество углерода, и, по-видимому, неболь- шого количества высокодисперсных карбидов Cr 23 C 6 , имеющих твердость 1100…1150 HV (см. табл. 2, рис. 5, б ). При Т ц = 500 °С значитель- ный вклад в упрочнение цементованной стали до 1100 HV 0,025, по-видимому, вносят карбиды Cr 7 C 3 (твердостью 1600…1800 HV) и Cr 23 C 6 (см. табл. 2 и рис. 5, в ), которые обеспечивают такой же уровень микротвердости, как и при низких температурах цементации (см. рис. 2), при суще- ственно меньшем насыщении γ-твердого раство- ра углеродом (см. рис. 6). Следовательно, при низ- ких температурах цементации преобладающими являются твердорастворный и дислокационный механизмы упрочнения, а при повышении темпе- ратуры цементации вплоть до 500 °С возрастает вклад в упрочнение дисперсионного механизма. Методом оптической профилометрии в ре- зультате проведения цементации установлено ухудшение качества электрополированной по- верхности аустенитной стали 04Х17Н8Т, имею- щей исходную шероховатость R a = 0,03 мкм (см. табл. 2 и рис. 7). После цементации при температурах 400 и 500 °С значения параметра шероховатости R a возрастают до 0,73 мкм. Однако наибольшей шероховатостью ( R a = 1,06 мкм) характеризует- ся поверхность стали, подвергнутой цементации при Т ц = 450 °С (см. табл. 2 и рис. 7, а ). Такая ше- роховатость может быть неприемлемой в случае применения цементации в качестве финишной обработки прецизионных изделий. Наиболее ка- чественная поверхность со значением параметра шероховатости R a = 0,15 мкм формируется в ре- зультате цементации при Т ц = 350 °С (см. табл. 2 и рис. 7, б ). Схожая зависимость параметра R a от температуры обработки была установлена для азотирования в плазме электронного пучка рассматриваемой стали 04Х17Н8Т [31]. После азотирования при Т А = 450 °С параметр шерохо- ватости R a составил 2,23 мкм, существенно пре- вышая значения R a при Т А = 400 °С (0,87 мкм) и Т А = 500 °С (0,88 мкм), а азотирование при Т А = 350 °С позволило получить поверхность с параметром R a = 0,27 мкм. Выводы Впервые рассмотрены возможности приме- нения цементации в плазме электронного пучка для упрочнения и формирования низкой шеро- ховатости поверхности аустенитной хромонике- левой стали.