ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 20, № 3 Июль - Сентябрь 2018

Влияние непрерывного и газоциклического плазменного азотирования на качество наноструктурированной поверхности аустенитной нержавеющей стали

Выпуск № 2 (75) Апрель - Июнь 2017
Авторы:

Макаров Алексей Викторович,
Гаврилов Николай Васильевич,
Самойлова Галина Викторовна,
Мамаев Александр Сергеевич,
Осинцева Алевтина Леонтьевна,
Саврай Роман Анатольевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2017-2-55-66
Аннотация

Изучено влияние комбинированной обработки, включающей наноструктурирующую фрикционную обработку скользящим индентором и последующее непрерывное и газоциклическое азотирование в плазме низкоэнергетического электронного пучка при температурах 450 и 500 °С, на состояние поверхностного слоя аустенитной стали AISI 321 (04Х17Н8Т). Особенностью непрерывного азотирования при высокой плотности потока ионов азота на поверхность и температуре 500 °С диффузионно-активной наноструктурированной поверхности со структурой a¢ мартенсита деформации является интенсивное образование пор и блистеров. Улучшение качества (уменьшение блистеринга, порообразования и шероховатости) азотированной поверхности стали, предварительно упрочненной фрикционной обработкой, достигается проведением азотирования в газоциклическом режиме и снижением температуры азотирования от 500 до 450 °С. Однако газоциклическое азотирование обеспечивает меньший уровень упрочнения наноструктурированной поверхности стали по сравнению с непрерывным азотированием


Ключевые слова: аустенитная нержавеющая сталь, фрикционная обработка, электронный пучок, плазма, газоциклическое азотирование, мартенсит деформации, микротвердость, шероховатость, поры.

Список литературы

1. Rolinski E. Plasma-assisted nitriding and nitrocarburizing of steel and other ferrous alloys // Thermochemical Surface Engineering of Steels: Improving Materials Performance. – 2015. – P. 413–457.



2. Role of surface mechanical attrition treatment and chemical etching on plasma nitriding behavior of AISI 304L steel / A.M. Gatey, S.S. Hosmani, C.A. Figueroa, S.B. Arya, R.P. Singh // Surface and Coatings Technology. – 2016. – Vol. 304. – P. 413–424.



3. Leonhardt D., Walton S.G., Fernsler R.F. Fundamentals and applications of a plasma-processing system based on electron-beam ionization // Physics of Plasmas. – 2007. – Vol. 14. – P. 057103. – doi: 10.1063/1.2712424.



4. Gavrilov N.V., Menshakov A.I. Effect of the electron beam and ion flux parameters on the rate of plasma nitriding of an austenitic stainless steel // Technical Physics. – 2012. – Vol. 57, iss. 3. – P. 399–404. – doi: 10.1134/S1063784212030073.



5. Glow-discharge nitriding of AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment temperature / F. Borgioli, A. Fossati, E. Galvanetto, T. Bacci // Surface and Coatings Technology. – 2005. – Vol. 200, iss. 7. – P. 2474–2480. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2004.07.110.



6. Plasma nitriding of 316L austenitic stainless steel: Experimental investigation of fatigue life and surface evolution / J.C. Stinville, P. Villechaise, C. Templier, J.P. Riviere, M. Drouet // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 204, iss. 12–13. – P. 1947–1951. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.09.052.



7. Surface nanocrystallization by surface mechanical attrition treatment and its effect on structure and properties of plasma nitrided AISI 321 stainless steel / Y. Lin, J. Lu, L. Wang, T. Xu, Q. Xue // Acta Materialia. – 2006. – Vol. 54, iss. 20. – P. 5599–5605. – doi: 10.1016/j.actamat.2006.08.014.



8. Gleiter H. Nanocrystalline materials // Progress in Materials Science. – 1989. – Vol. 33, iss. 4. – P. 223–315. – doi: 10.1016/0079-6425(89)90001-7.



9. Lu K. Nanocrystalline metals crystallized from amorphous solids: nanocrystallization, structure, and properties // Materials Science and Engineering R-Reports. – 1996. – Vol. 16, iss. 4. – P. 161–221. – doi: 10.1016/0927-796X(95)00187-5.



10. Nitriding iron at lower temperatures / W.P. Tong, N.R. Tao, Z.B. Wang, J. Lu, K. Lu // Science. – 2003. – Vol. 299, iss. 5607. – P. 686–688. – doi: 10.1126/science.1080216.



11. Gaseous nitriding of iron with a nanostructured surface layer / W.P. Tong, C.Z. Liu, W. Wang, N.R. Tao, Z.B. Wang, L. Zuo, J.C. He // Scripta Materialia. – 2007. – Vol. 57, iss. 6. – P. 533–536. – doi: 10.1016/j.scriptamat.2007.05.017.



12. Plasma nitriding of AISI 304 stainless steel: role of surface mechanical attrition treatment / T. Balusamy, T.S.N.S. Narayanan, K. Ravichandran, I.S. Park, M.H. Lee // Materials Characterization. – 2013. – Vol. 85. – P. 38–47. – doi: 10.1016/j.matchar.2013.08.009.



13. Study on wear and friction resistance of nanocrystalline Fe nitrided at low temperature / W.P. Tong, J. Sun, L. Zuo, J.C. He, J. Lu // Wear. – 2011. – Vol. 271, iss. 5–6. – P. 653–657. – doi: 10.1016/j.wear.2010.11.024.



14. Baraz V.R., Kartak B.R., Mineeva O.N. Special features of friction hardening of austenitic steel with unstable γ-phase // Metal science and Heat Treatment. – 2011. – Vol. 52, iss. 9. – P. 473–475. – doi: 10.1007/s11041-010-9302-x.



15. Повышение трибологических свойств аустенитной стали 12Х18Н10Т наноструктурирующей фрикционной обработкой / А.В. Макаров, П.А. Скорынина, А.Л. Осинцева, А.С. Юровских, Р.А. Саврай // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2015. – № 4 (69). – С. 80–92. – doi: 10.17212/1994-6309-2015-4-80-92.



16. Baraz V.R., Fedorenko O.N. Special features of friction treatment of steels of the spring class // Metal Science and Heat Treatment. – 2016. – Vol. 57, iss. 11. – P. 652–655. – doi: 10.1007/s11041-016-9937-3.



17. Eddy-current control of the phase composition and hardness of metastable austenitic steel after different regimes of nanostructuring frictional treatment / A.V. Makarov, E.S. Gorkunov, P.A. Skorynina, L.Kh. Kogan, A.S. Yurovskikh, A.L. Osintseva // Russian Journal of Nondestructive Testing. – 2016. – Vol. 52, iss. 11. – P. 627–637. – doi: 10.1134/S1061830916110048.



18. Наноструктурирующие комбинированные фрикционно-термические обработки аустенитной стали 12Х18Н10Т / А.В. Макаров, П.А. Скорынина, Е.Г. Волкова, А.Л. Осинцева // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. – 2016. – № 4 (38). – С. 30–37. – doi: 10.18323/2073-5073-2016-4-30-37.



19. Мамаев А.С., Чукин А.В. Газоциклическое плазменное азотирование нержавеющей стали // Известия вузов. Физика. – 2016. – Т. 59, № 9-2. – С. 244–249.



20. Gavrilov N.V., Mamaev A.S. Low-temperature nitriding of titanium in low-energy electron beam excited plasma // Technical Physics Letters. – 2009. – Vol. 35, iss. 8. – P. 713–716. – doi: 10.1134/S1063785009080082.



21. Блистеринг и α↔γ-превращения при отжиге стали 12Х18Н10Т, облученной низкоэнергетическими альфа-частицами / С.Б. Кислицин, М.Ф. Верещак, И.А. Манакова, А.Н. Озерной, Д.А. Сатпаев, Ю.Ж. Тулеушев // Вопросы атомной науки и техники. – 2013. – № 2 (84). – С. 17–22.



22. Effect of nitrogen on blister growth process during high temperature oxidation of steel / Y. Kondo, H. Tanei, K. Ushioda, M. Maeda, Y. Abe // ISIJ International. – 2012. – Vol. 52, N 9. – P. 1644–1648. – doi: 10.2355/isijinternational.52.1644.



23. Теория и технология азотирования / Ю.М. Лахтин, Я.Д. Коган, Г.-И. Шпис, З. Бемер. – М.: Металлургия, 1991. – 320 с.



24. Belashova I.S., Shashkov A.O. Kinetics of growth of the diffusion layer in nitriding by the thermogasocyclic method // Metal Science and Heat Treatment. – 2012. – Vol. 54, iss. 5. – P. 315–319. – doi: 10.1007/s11041-012-9504-5.

Благодарности. Финансирование

Работа выполнена по теме «Структура» № 01201463331 (проект № 15-9-12-45) при поддержке РФФИ (проект № 15-08-07947). Электронная сканирующая микроскопия, профилометрия и микродюрометрия выполнены в ЦКП «Пластометрия» ИМАШ УрО РАН.

Просмотров: 315