Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 21 № 2 2019 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стойкость, которые не улучшаются термической обработкой. Определяющую роль в обеспечении эксплуатационных свойств изделий играет по- верхность материала, поскольку именно поверх- ностные слои в первую очередь подвергаются износу, контактным нагрузкам и воздействию коррозионных сред. Деформационное упрочне- ние поверхностных слоев аустенитных сталей обеспечивают современные методы поверхност- ного пластического деформирования: обработка SMAT (ультразвуковая обработка шариками в вакууме) [1], дробеструйная [2], ультразвуковая [3], а также и фрикционные обработки в услови- ях трения скольжения [4–8] и с перемешиванием материала [9]. Эффективное повышение твердо- сти и износостойкости аустенитных сталей до- стигается химическим модифицированием их поверхностного слоя с использованием таких химико-термических обработок, как низкотем- пературное азотирование [10–13] и низкотемпе- ратурная цементация [14–19]. Низкотемпературная цементация в отличие от обычной проводится при температуре не бо- лее 500 °С и поэтому существенно снижает ве- роятность карбидообразования [16], вследствие чего не приводит к ухудшению коррозионных свойств поверхности нержавеющей стали [20]. Даже незначительное изменение температуры цементации существенно влияет на коррози- онную стойкость аустенитных сталей. Так, в работе [19] показано, что коррозионная стой- кость поверхностного слоя аустенитной стали 0Cr17Ni14Mo2 после цементации при темпера- турах 450 и 470 °С заметно выше, чем после це- ментации при 500 °С. Активная диффузия углерода в металл при низких температурах реализуется в процессе плазменной цементации, когда углерод вводится в плазму, из которой он поступает на обрабаты- ваемую поверхность и далее проникает в объ- ем материала [20–22]. Обычно для плазменной цементации используют установки тлеющего разряда [20, 23, 24]. Однако для генерации плаз- мы могут быть использованы также низкоэнер- гетичные (до 1 кэВ) электронные пучки [12, 13, 25, 26]. В таком разряде быстрые электроны эф- фективно генерируют плазму высокой плотно- сти 10 10 …10 12 см –3 и могут нагревать до высокой температуры помещаемые в плазму объекты. Этот способ позволяет изменять температуру погруженных в плазму изделий без использо- вания дополнительного внешнего нагрева, по- средством регулирования параметров пучка и отрицательного потенциала. В работах [12, 13, 25, 26] такой метод генерации плазмы исполь- зовался для азотирования аустенитной стали. Однако для цементации данный подход ранее не применялся. Значительное влияние на структурно-фазо- вое состояние, глубину и упрочнение цемен- тованного слоя оказывает температура газовой или плазменной цементации [14, 23, 27]. Све- дения о достигаемой при плазменной цемента- ции твердости аустенитных сталей существенно различаются: 700 HV [21], 900 HV 0,025 [20], 950 HV 0,05 [28]. Важно также учитывать, что низкотемпературная цементация, формирующая упрочненный слой лишь небольшой толщины [20], ограничивает возможность последующей механической обработки. Поэтому целесообраз- но рассматривать низкотемпературную цемен- тацию в качестве финишной обработки, которая должна обеспечивать низкую шероховатость по- верхности. Однако ионно-плазменные обработ- ки могут, напротив, приводить к существенному росту шероховатости поверхности [29–31]. Таким образом, целью настоящей работы ста- ло исследование влияния температуры цемента- ции в плазме электронного пучка на фазовый состав, шероховатость поверхности, глубину и упрочнение модифицированного слоя нержаве- ющей аустенитной стали 04Х17Н8Т (AISI 321). Методика исследований Исследовали коррозионно-стойкую аусте- нитную сталь 04Х17Н8Т (аналог AISI 321) состава в мас. %: 0,04 С; 16,77 Cr; 8,44 Ni; 1,15 Mn; 0,67 Si; 0,32 Ti; 0,31 Cu; 0,26 Mo; 0,12 Co; 0,12 V; 0,04 P; 0,03 Nb; 0,005 S. Образ- цы размером 40×25×10 мм вырезали из листовой стали методом электроискровой резки и подвер- гали закалке от 1100 °С с охлаждением в воде, механическому шлифованию и электролитиче- скому полированию. Цементацию образцов проводили в ар- гоноацетиленовой плазме, генерируемой низкоэнергетичным электронным пучком, с применением двухступенчатого источника широкого ( D = 100 мм) электронного пучка с