ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 1 2025 143 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Повышение эксплуатационных свойств деталей из серого чугуна с помощью ионной имплантации Ольга Усанова 1, a, Анна Рязанцева 1, b, *, Марина Вахрушева 2, c, Марина Модина 3, d, Юлия Кузнецова 3, e 1 Московский политехнический университет, ул. Б. Семеновская, 38, г. Москва, 107023, Россия 2 Братский государственный университет, ул. Макаренко, 40, г. Братск, 665709, Россия 3 Государственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. Ушакова, пр. Ленина, 93, г. Новороссийск, 353924, Россия a https://orcid.org/0000-0002-4399-5074, olus2000@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-6558-3089, rav300576@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0002-6118-9527, mvahr@yandex.ru; d https://orcid.org/0000-0003-2482-5472, marishamodina@yandex.ru; e https://orcid.org/0000-0002-1388-6125, julx@bk.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 1 с. 143–154 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-143-154 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.787.4:669.13 История статьи: Поступила: 30 сентября 2024 Рецензирование: 19 октября 2024 Принята к печати: 21 ноября 2024 Доступно онлайн: 15 марта 2025 Ключевые слова: Ионная имплантация Микроструктура Микродюрометрический анализ Фазовый состав Рентгеноструктурный анализ АННОТАЦИЯ Введение. Существует широкий спектр методов для улучшения свойств чугуна при помощи разнообразных технологий. Пример таких методов – нанесение защитного покрытия TiN, нормализация чугуна, нанесение диффузионных карбидсодержащих покрытий и др. Однако эти методы имеют недостатки: изменение размеров после обработки, слабое сцепление покрытия с материалом подложки. В нашей работе мы рассмотрели один из наиболее перспективных и современных методов – ионную имплантацию. Целью работы является изучение влияния имплантации с различными дозами ионов азота (для определения оптимального режима) для изменения поверхностных и механических свойств чугуна. Методы. Образцы чугуна были имплантированы ионами азота различными дозами для выбора наиболее оптимального режима (оптимальной дозы имплантированных ионов азота как нитридообразующего элемента). Исследована микроструктура поверхности образцов чугуна после обработки с помощью сканирующего электронного микроскопа «Стереоскан S-180» при увеличении 2900, 5000 крат. Выполнен микродюрометрический анализ образцов с помощью металлографического микроскопа Neophot-2, оснащенного приставкой для измерения микротвердости, при нагрузке 10 г после имплантации образцов чугуна различными дозами ионов азота. Был также осуществлен рентгеноструктурный анализ на дифрактометре ДРОН-3 для определения фазового состава и тонкой структуры модифицированных образцов чугуна. Результаты и обсуждение. Ионная имплантация образцов чугуна значительно повышает микротвердость. Так, в результате проведенных исследований установлено, что наилучшие механические свойства (микротвердость) наблюдаются у образцов чугуна после имплантации ионами N+ с дозой 5⋅1017 ион/см2 и энергией 40 КэВ. Рентгеноструктурный анализ показал, что в результате имплантации ионами азота образуются нитриты Fe2N и Fe3N, а также наблюдаются изменения в тонкой структуре (средняя плотность дислокации и величина блоков мозаики). Для цитирования: Повышение эксплуатационных свойств деталей из серого чугуна с помощью ионной имплантации / О.Ю. Усанова, А.В. Рязанцева, М.Ю. Вахрушева, М.А. Модина, Ю.С. Кузнецова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 1. – С. 143–154. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.1-143-154. ______ *Адрес для переписки Рязанцева Анна Владимировна, к.т.н., доцент Московский политехнический университет, ул. Б. Семеновская, 38, 107023, г. Москва, Россия Тел.: +7 967 114-12-30, e-mail: rav300576@mail.ru Введение Чугун обладает рядом свойств, делающих его незаменимым при изготовлении различных деталей [1], например поршневых колец, втулок, деталей турбин и др. Прочностные свойства дают возможность его использования для изготовления элементов, которые подвергаются большим нагрузкам, и деталей, выдерживающих воздействие воды и пара. Однако существует проблема улучшения поверхностных свойств чугуна (износостойкости, коррозионной стойкости и др.). Существует множество способов дополнительно улучшить свойства чугуна с помощью различных технологий [2–4], таких как нанесение защитного покрытия нитрида титана [5], нормализация чугуна [6], нанесение диффузионных карбидсодержащих покрытий [7] и др. Однако у этих методов есть недостаток: плохое
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1