Obrabotka Metallov 2013 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (61) 2013 24 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стали, полученного комбинированным воздей- ствием, характерно более высокое содержание ε-нитрида, а также более высокая концентрация азота в α-фазе. О последнем можно судить по относительно большей величине сдвига диф- ракционных линий α-Fe в сторону малых углов дифракции (рис. 3, г ). Из данных дюрометрии и РСА можно заклю- чить, что при температуре имплантации 400 °С в первую очередь происходит активное формиро- вание нитридной зоны азотированного слоя, со- стоящего из нитридов ε-(Fe,Cr) 3 N, γ′-(Fе,Сr) 4 N. После своего формирования нитридная зона тормозит диффузию ионов азота в глубь мате- риала, что замедляет рост зоны внутреннего азо- тирования. В процессе имплантации при температуре 450 °С формируется азотированный слой с по- вышенной травимостью (рис. 1, в , г ). Как видно на металлографических снимках, глубина зоны повышенной травимости больше на образцах, полученных комбинированным воздействием ультразвуковой обработки и имплантации. Та же зависимость наблюдается и на графиках рас- пределения значений микротвердости, а именно глубина азотированного слоя имплантирован- ного образца составляет около 25 мкм, образца с комбинированной обработкой – около 45 мкм (рис. 2, в ). Данные РСА показывают, что в импланти- рованном при 450 °С слое наряду с нитридами железа и α N -азотистым мартенситом образуется также нитрид хрома СrN (рис. 3, д , е ). Форми- рование данной фазы характерно для имплан- тации при температурах, превышающих начало диффузионной активности атомов хрома. Пред- варительная ультразвуковая обработка интен- сифицирует процесс диффузии, что приводит к увеличению доли СrN в азотированном слое (рис. 3, е ). Характер распределения значений микро- твердости по глубине имплантированного слоя показывает, что на поверхности стали форми- руется тонкий слой нитридов железа, имеющий высокие значения микротвердости (рис. 2, в ). У имплантированной стали микротвердость на поверхности составляет 18 500 МПа, при комби- нированном воздействии – до 19 000 МПа. Далее следует слой, упрочненный мелкодисперсными частицами СrN – зона внутреннего азотирования второго рода. Его глубина при обоих способах обработки приблизительно равна и составляет около 15 мкм. Однако значения микротвердости разные. После имплантации среднее значение микротвердости составляет 13 000 МПа, при комбинированном воздействии – 15 000 МПа. Большее значение микротвердости в случае ком- бинированной обработки связано с увеличением объемной доли ультрадисперсных выделений нитрида хрома. За зоной внутреннего азотирования второго рода с постоянными высокими значениями ми- кротвердости следует зона внутреннего азоти- рования первого рода с плавно снижающимися значениями микротвердости. Причем при ком- бинированном воздействии значения микротвер- дости и глубина этой зоны значительно больше. Можно полагать, что данная зона импланти- рованного слоя характеризуется пониженной концентрацией нитридных частиц вследствие уменьшения содержания азота по глубине слоя. При обработке стали с нагревом до 500 °С происходит радикальная трансформация фазо- вого состава имплантированного слоя. РСА по- казывает, что дифракционные линии от α-Fe су- жаются, что свидетельствует о глубоком распаде пересыщенного азотом матричного твердого раствора (рис. 3, ж , з ). Дифракционные линии ε-(Fe,Cr) 3 N и α″-(Fe,Сr) 8 N исчезают. Интенсив- ность дифракционной линии CrN значительно возрастает. Выделение в имплантированном слое большого количества мелкодисперсных ча- стиц нитрида хрома подтверждает и интенсив- ное окрашивание азотированного слоя при трав- лении (рис. 1, д , е ). Фазовый состав азотированного слоя, по- лученного комбинированным способом, от- личается присутствием нитрида γ′-(Fе,Сr) 4 N (рис. 3, з ). Возможно, это сказывается на зна- чениях микротвердости. По всему сечению азотированного слоя, полученного комбиниро- ванным способам, значения микротвердости ниже, чем в имплантированном слое (рис. 2, г ). На поверхности стали после обработки ионами азота и комбинированной обработки среднее значение микротвердости составляет 19 300 и 17 500 МПа соответственно. В диффузионной зоне первого рода – 15 500 и 13 900 МПа. При этом глубина азотированного слоя, получен- ного комбинированным способом, значитель-