Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 19 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Для создания на поверхности стальных дета- лей упрочненных слоев используют различные технологии азотирования [1]. Глубина азотиро- ванного слоя, его фазовый состав и свойства в значительной степени определяются скоростью протекания диффузионного насыщения поверх- УДК 669-179: 539.4.016 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРОЕНИЯ И ФАЗОВОГО СОСТАВА АЗОТИРОВАННЫХ СЛОЕВ МАРТЕНСИТНОЙ СТАЛИ, ПОЛУЧЕННЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫМ ВЫГЛАЖИВАНИЕМ И ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИЕЙ Ж.Г. КОВАЛЕВСКАЯ, канд. техн. наук, доцент ( ТПУ , г. Томск ), ведущий инженер ( ИФПМ СО РАН, г. Томск ) В.А. КУКАРЕКО, доктор физ.-мат. наук ( ГНУ ОИМ НАН Беларуси, г. Минск ) Поступила 25 октября 2013 Рецензирование 10 ноября 2013 Принята к печати 14 ноября 2013 Ковалевская Ж.Г. – 634021, г. Томск, пр. Академический, 2/4, нститут физики прочности и материаловедения СО РАН, e-mail: kovalevskaya@ispms.tsc.ru Методами оптической металлографии, рентгеноструктурного анализа и дюрометрии, исследованы осо- бенности формирования строения и фазового состава азотированных слоев стали 40Х13, полученных высо- коинтенсивной низкоэнергетической имплантацией ионов азота, а также комбинированным воздействием ультразвукового выглаживания и имплантации. Показано, что при ионной имплантации азота в стали 40Х13 формируется поверхностный упрочненный азотированный слой. Строение и фазовый состав этого слоя за- висят от температуры имплантации и исходного структурного состояния. В случае имплантации при 350 ° С азотированный слой представляет диффузионную зону, содержащую азотистый мартенсит и частицы ни- тридов. В результате имплантации с температурой 400 ° С азотированный слой состоит из нитридной и диф- фузионной зоны. При имплантации с температурой 450 и 500 ° С в азотированном слое наряду с нитридами железа образуется нитрид хрома. В этом случае имплантированный слой имеет следующее строение. Верх- ний слой – это нитридный слой с максимально высокими значениями микротвердости до 19 000 МПа. Затем идет зона внутреннего азотирования второго рода с высокими значениями микротвердости до 15 000 МПа. Далее находится зона внутреннего азотирования первого рода с микротвердостью, которая плавно снижается до 4500 МПа. Высокотемпературная имплантация приводит к выделению в азотированном слое преиму- щественно частиц нитрида хрома. Комбинированная обработка стали, включающая последовательное уль- тразвуковое выглаживание поверхности и имплантацию, обеспечивает во всем исследованном интервале температур формирование азотированных слоев большей глубины. Это обусловлено интенсификацией диф- фузионных процессов за счет предварительной модификации поверхностного слоя стали. Ключевые слова : ультразвуковое выглаживание, высокоинтенсивная низкоэнергетическая имплантация ионов азота, азотированный слой, фазовый состав, микротвердость. ностных слоев материалов атомами внедрения. Поскольку диффузия является структурно- чувствительным процессом [2], увеличение кон- центрации дефектов кристаллического строения в поверхностном слое стали способствует изме- нению кинетики процесса ее насыщения азотом и увеличению глубины азотированного слоя. Од- ним из современных методов интенсификации