Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 97 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Влияние низкотемпературной цементации в плазме электронного пучка на упрочнение и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали Полина Скорынинa 1, a, * , Алексей Макаров 1, 2, 3, b , Андрей Меньшаков 4, c , Алевтина Осинцевa 1, d 1 Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия 2 Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН, ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620108, Россия 3 Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия 4 Институт электрофизики УрО РАН, ул. Амундсена, 106, г. Екатеринбург, 620016, Россия a https://orcid.org/0000-0002-8904-7600, polina.skorynina@mail.ru, b http://orcid.org/0000-0002-2228-0643, avm@imp.uran.ru , c https://orcid.org/0000-0003-3715-7741, menshakovandrey@mail.ru , d https://orcid.org/0000-0003-0043-8435, osintseva@imach.uran.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2019 Том 21 № 2 с. 97–109 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-97-109 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov Введение Аустенитные хромоникелевые стали облада- ют высокой коррозионной стойкостьюи техноло- гичностью, ввиду чего находят широкое приме- нение в различных отраслях промышленности. Однако для аустенитных сталей характерны низкие прочностные характеристики и износо- ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.785.52 История статьи : Поступила: 24 марта 2019 Рецензирование: 8 апреля 2019 Принята к печати: 11 апреля 2019 Доступно онлайн: 15 июня 2019 Ключевые слова : Аустенитная нержавеющая сталь Плазменная цементация Электронный пучок Микротвердость Шероховатость Финансирование Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-38-00561_мол_а и в рамках государственных за- даний ИМАШ УрО РАН по теме № АААА-А18-118020790148-1 и ИФМ УрО РАН по теме «Структу- ра» № АААА-А18-118020190116-6. Исследования выполнены в ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН. АННОТАЦИЯ Введение. Низкотемпературная плазменная цементация является эффективным способом повышения твердости термически неупрочняемых аустенитных хромоникелевых сталей. Использование низкоэнергетичных (до 1 кэВ) электронных пучков для плазменногомодифицирования поверхностипозволяет 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 Т ц = 350…500 °С на фазовый состав, шероховатость, глубину и упрочнение цементованного слоя аустенитной стали 04Х17Н8Т (AISI 321). Методыисследования: измерение микротвердости, рентгеноструктурный фазовый анализ, сканирующая электронная микроскопия и оптическая профилометрия. Результаты и обсуждение. Цементация в плазме, генерируемой электронным пучком, при Т ц = 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 Т Ц = 350 °С, а при дальнейшем повышении температуры цементации возрастает вплоть до 200 мкм при Т Ц = 500 °С. Эффективное упрочнение поверхностного слоя нержавеющей стали связано с формированием пересыщенного углеродом аустенита γ C и карбидов Cr 23 C 6 при Т ц = 350…500 °С, а также карбидов Cr 7 C 3 при Т ц = 500 °С. Показано, что цементация электрополированной поверхности стали при температурах 400…500 °С сопровождается ростом параметра шероховатости R a до 0,73…1,06 мкм. Снижение температуры цементации до Т ц = 350 °С приводит к формированию поверхности со значительно более низким параметром шероховатости R a = 0,15 мкм. Для цитирования: Влияние низкотемпературной цементации в плазме электронного пучка на упрочнение и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали / П.А. Скорынина, А.В. Макаров, А.И. Меньшаков, А.Л. Осинцева // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 2. – С. 97–109. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.2-97-109. ______ *Адрес для переписки Скорынина Полина Андреевна , младший научный сотрудник Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия Тел.: 8 (343) 362-30-33, e-mail: polina.skorynina@mail.ru