Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 20 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ процессов азотирования является использование технологий ионного азотирования. В частности, процессы ионно-лучевого азотирования сопро- вождаются генерированием в поверхностных слоях облучаемого материала большого количе- ства радиационных дефектов кристаллической решетки (вакансий, междоузельных атомов), что обеспечивает радиационное стимулирование процессов диффузии [3, 4]. С другой стороны, известным способом ускорения процессов диф- фузионного насыщения в материалах является их предварительная поверхностная пластиче- ская деформация и, в частности, деформация в ультразвуковом поле [5]. При пластической де- формации с одновременным ультразвуковым воздействием на металл наблюдаются харак- терные особенности формирования дефектов структуры, связанные с поглощением дислока- циями энергии ультразвуковой волны. Данное явление увеличивает подвижность и плотность дислокаций, а также инициирует процессы дина- мической полигонизации, приводящей к образо- ванию в поверхностных слоях дислокационных субструктур [5], способных изменить характер развития последующей пластической деформа- ции [6]. При этом ускорение диффузии в процес- се насыщения модифицированных ультразвуко- вой обработкой слоев может обеспечиваться, в первую очередь, появлением дополнительного числа «дислокационных трубок», по которым осуществляется перемещение атомов диффун- дирующего элемента [7], а также формирова- нием малоугловых дислокационных границ, где перемещение атомов внедрения также значи- тельно ускоряется [8]. Кроме того, неконсерва- тивное движение дислокаций при пластической деформации с одновременным ультразвуковым воздействием также приводит к образованию избыточной концентрации вакансий и стойких конфигураций вакансионных групп. Подобные несовершенства кристаллической решетки спо- собны сохраняться длительное время и наряду с дислокациями интенсифицировать диффузион- ные процессы в металлах [9]. В связи с этим значительный интерес пред- ставляет изучение особенностей формирования структуры, фазового состава и дюрометриче- ских свойств материалов, подвергнутых комби- нированному воздействию ультразвукового по- верхностного пластического деформирования и ионно-лучевого азотирования. В особенности перспективно использование указанной комби- нированной технологии для обработки высоко- легированных хромистых сталей. Материал и методика исследования Исследования проводились на цилиндриче- ских образцах высотой 6 мм и диаметром 10 мм, изготовленных из стали мартенситного класса 40Х13. Предварительная термообработка стали заключалась в закалке от 1050 °С в масло с по- следующим отпуском при 600 °С в течение двух часов и охлаждении на воздухе. Далее одна часть образцов обрабатывалась методом поверхност- ного ультразвукового выглаживания по методи- ке [10] на установке, разработанной в Институте физики прочности и материаловедения СО РАН. Вторая часть образцов подвергалась высокоин- тенсивной низкоэнергетической имплантации ионами азота (метод ионно-лучевого азотирова- ния [3]) на установке, разработанной в Физико- техническом институте НАН Беларуси, по мето- дике, описанной в [11]. Третья часть образцов подвергалась комбинированной обработке обои- ми методами: ультразвуковому выглаживанию и имплантации. Образцы имплантировались иона- ми азота при температурах 350, 400, 450, 500 °С. Время облучения составляло два часа. Особенности формирования структуры и фа- зового состав азотированных слоев исследовались с помощью оптической металлографии и дюро- метрического анализа на приборе «Nano Hardness Tester». За глубину азотирования принимался слой, на границе которого значение твердости на 500 единиц выше твердости исходного материала [12]. Рентгеноструктурный анализ (РСА) прово- дился на дифрактометре ДРОН-2,0 в монохрома- тизированном CoK α -излучении. Глубина проник- новения рентгеновского излучения составляла около 20...25 мкм. Получаемые данные рентгено- структурного анализа давали интегральную оцен- ку фазового состава слоя указанной глубины. Результаты исследования и их обсуждение В исходном состоянии после высокого отпу- ска сталь 40Х13 имеет структуру отпущенного мартенсита с твердостью 4450 МПа и содержит основную фазу α-Fe и включения карбида Cr 23 C 6 .