Obrabotka Metallov 2019 Vol. 21 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 21 No. 2 2019 99 MATERIAL SCIENCE сетчатым плазменным катодом. Схема лабора- торной установки для цементации изображена на рис. 1. Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Режимы плазменной цементации стали 04Х17Н8Т Regimes of steel 04Cr17Ni8T plasma carburization Т ц , о С I 2 , А U 2 , В J i , мА/см 2 350 2,9 200 3,4 400 3,3 210 3,8 450 3,6 280 4,2 500 4,3 310 5,0 Рис. 1. Схема установки для цементации: 1 – полый катод; 2 – полый анод; 3 – сетка плазмен- ного анода; 4 – образцы; 5 – изолированный стол; 6 – коллектор Fig. 1. Carburization installation scheme: 1 – hollow cathode; 2 – hollow anode; 3 – plasma anode grid; 4 – samples; 5 – insulated table; 6 – collector На начальной стадии зажигался тлеющий разряд в среде аргона (30 см 3 /мин), после чего между сеткой и разрядной камерой приклады- валось ускоряющее напряжение ( U 2 ). На столик с образцами подавалось напряжение смещения (–350 В относительно разрядной камеры) и в те- чение 30 мин проводились ионная очистка и на- грев образцов. На следующей стадии в камеру напускался ацетилен (1,5 см 3 /мин) и устанавли- вались параметры пучка (ток I 2 , напряжение U 2 ), табл. 1, обеспечивающие нагрев до требуемой температуры ( T ц = 350, 400, 450 и 500 °С), после чего проводилась выдержка образцов в устано- вившемся режиме в течение 6 ч. Рентгенографическое исследование выпол- няли на дифрактометре Shimadzu XRD-7000 в CrК α -излучении. Определяли фазовый состав, интегральную ширину B линии (111)γ и пара- метр решетки аустенита а A . Содержание углеро- да в γ-твердом растворе определяли, используя формулу а A = 3,555 + 0,044 р [32], где а A – пара- метр решетки аустенита; р – содержание углеро- да. Для уточнения результатов расчета использо- вали диаграмму зависимостей d/n от содержания углерода, где d/n – межплоскостное расстояние [33]. Микротвердость определяли по методу восстановленного отпечатка на приборе SHI- MADZU HMV-G21DT при нагрузке на индентор Виккерса 0,245 Н. Шероховатость поверхности образцов с определением среднеарифметиче- ского отклонения профиля R a изучали на опти- ческом профилометре Wyko NT-1100. Для оцен- ки глубины упрочненного слоя на поперечных шлифах определяли изменение микротвердо- сти и исследовали структуру с использованием электронного сканирующего микроскопа Tescan VEGA II XMU. Результаты и их обсуждение Согласно данным, представленным на рис. 2, цементация в плазме электронного пучка обе- спечивает эффективное упрочнение поверх- ностного слоя аустенитной стали 04Х17Н8Т с исходной микротвердостью 200 HV 0,025. Во всем температурном интервале цементации Т ц = 350…500 °С отмечаются близкие уровни упрочнения ~1100 HV 0,025 непосредственно на поверхности образцов. По мере удаления от поверхности микротвердость непрерывно сни- жается, при этом глубина упрочненного слоя в сильной степени зависит от температуры цемен- тации (рис. 2 и табл. 2). При минимальной температуре цементации Т ц = 350 °С глубина упрочненного слоя, отчетли- во выявляемого на поперечном шлифе (рис. 3, а ), составляет ~25 мкм. На снижение микротвер- дости по глубине рассматриваемого слоя ука-