Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 21 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ В результате ультразвуковой обработки по дан- ным оптической металлографии и дюрометри- ческого анализа на поверхности стали формиру- ется модифицированный слой глубиной около 10 мкм. Изменение фазового состава стали при этом не происходит. Вместе с тем регистриру- ется частичное растворение карбида Cr 23 C 6 и увеличение параметра кристаллической решет- ки α-Fe за счет перехода в решетку матричной α-фазы атомов углерода и хрома. Кроме того, уширение рентгеновских дифракционных ли- ний от α-Fe указывает на увеличение плотности дислокаций и фрагментацию микроструктуры. Это подтверждают результаты просвечиваю- щей электронной микроскопии – в исходных мартенситных кристаллах формируется суб- микрокристаллическая субзеренная структура, повышается плотность дислокаций [13]. Уль- тразвуковое модифицирование структуры по- верхностного слоя стали приводит к увеличе- нию значений микротвердости на поверхности с 4450 до 5930 МПа. В процессе имплантации стали ионами азота во всем исследуемом интервале температур на по- верхности образцов формируется азотированный слой, глубина и микротвердость которого зависят от структурного состояния поверхностного слоя и температуры ионно-лучевой обработки. По результатам оптической металлографии после ионно-лучевой обработки при темпера- турах 350 и 400 °С азотированный слой на по- верхности четко не выявляется (рис. 1, а , б ). Вместе с тем данные распределения значений микротвердости по глубине поверхностного слоя показали наличие достаточно глубокой упрочненной зоны (рис. 2, а , б ). В частности, после имплантации с температурой 350 °С глу- бина азотированного слоя составляет около 15 мкм, а в случае комбинированного воздей- ствия – около 30 мкм. С помощью РСА установлено, что в обоих случаях существенно изменяется фазовый со- став поверхностного слоя стали (рис. 3, а , б ). Кроме основной фазы α-Fe и карбида хрома Cr 23 C 6 в слое регистрируется наличие α N - азо- тистого мартенсита, а также нитридов железа α″-(Fe,Сr) 8 N и ε-(Fe,Cr) 3 N. Подобный фазовый состав характерен для диффузионной зоны азотированного слоя вы- сокохромистых мартенситных сталей, сформи- рованного при низких температурах ионного азотирования [14]. При этом регистрируется экспоненциальный характер распределения зна- чений микротвердости по глубине азотирован- ного слоя, что характерно для зоны внутреннего азотирования первого рода [12]. Рис. 1 . Оптические изображения микроструктуры стали 40Х13 после ионной имплантации азотом ( а , в , д ) и комбинированной обработки, включающей ультразвуковое выглаживание и имплантацию ( б , г , е ) при температуре: а , б – 350 ºС; в , г – 450 ºС; д , е – 500 ºС