ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

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).

1. Production of workpieces from martensitic stainless steel using electron-beam surfacing and investigation of cutting forces when milling workpieces / N.V. Martyushev, V.N. Kozlov, M. Qi, V.S. Tynchenko, R.V. Kononenko, V.Yu. Konyukhov, D.V. Valuev // Materials. – 2023. – Vol. 16. – P. 4529. – DOI: 10.3390/ma16134529.

2. Integrated quality ensuring technique of plasma wear resistant coatings / E.A. Zverev, V.Yu. Skeeba, N.V. Martyushev, P.Yu. Skeeba // Key Engineering Materials. – 2017. – Vol. 736. – P. 132–137. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.736.132.

3. Ardashkin I.B., Yakovlev A.N. Evaluation of the resource efficiency of foundry technologies: methodological aspect // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 1040. – P. 912–916. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1040.912.

4. The resource efficiency assessment technique for the foundry production / I.G. Vidayev, N.V. Martyushev, A.S. Ivashutenko, A.M. Bogdan // Advanced Materials Research. – 2014. – Vol. 880. – P. 141–145. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.880.141.

5. Usanova O.Yu., Ryazantseva A.V., Kolishchak L.M. Investigation of the effect of ion implantation on tribotechnical characteristics of cast iron // Journal of Physics: Conference Series. – 2022. – Vol. 2373 (2). – P. 022029. – DOI: 10.1088/1742-6596/2373/2/022029.

6. Влияние ионной имплантации на свойства чугуна, используемого в конструкциях горнодобывающих машин и аппаратов / О.Ю. Усанова, А.В. Рязанцева, О.Б. Сенникова, С.Д. Корнеев // Устойчивое развитие горных территории?. – 2023. – Т. 15, № 4. – С. 912–920. – DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-4-912-920.

7. Ni-hard-class cast irons, prospects for their improvement / A. Issagulov, M. Ibatov, P. Kovalyov, E. Shcherbakova, A. Dostaeva, S. Arinova // Труды Университета. – 2021. – № 2 (83). – С. 47–51. – DOI: 10.52209/1609-1825_2021_2_47.

8. Konyuhov V.Y., Gladkih A.M., Semenov V.V. Measures to the improvement of efficiency of a repair enterprise // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1353. – P. 012046. – DOI: 10.1088/1742-6596/1353/1/012046.

9. Method for selecting the location of the clearance fields of the landing surfaces of gear pump parts with a biaxial connection / A.K. Sherov, B. Myrzakhmet, K.T. Sherov, B.N. Absadykov, M.R. Sikhimbayev // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences. – 2022. – Vol. 1 (451). – P. 159–166. – DOI: 10.32014/2022.2518-170X.153.

10. Comparative metallographic analysis of the structure of St3 steel after being exposed to different ways of work-hardening / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, M.V. Grechneva, V.V. Kondrat'ev, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411. – P. 0120123.

11. Improvement of wear and hardness of steel by nitrogen implantation / A.A. Youssef, P. Budzynski, J. Filiks, A.P. Kobzev, J. Sielanko // Vacuum. – 2004. – Vol. 77 (1). – P. 37–45.

12. Усанова О.Ю., Столяров В.В., Рязанцева А.В. Исследование свойств ионно-имплантированного титанового сплава с памятью формы, используемого в конструкциях горнодобывающего оборудования // Устойчивое развитие горных территории?. – 2022. – Т. 14, № 4. – С. 695–701. – DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-695-701.

13. Sudjatmoko L.S., Wirjoadi B.S. Effects of nitrogen ion implantation on hardness and wear resistance of the Ti-6Al-4V alloy // Jurnal Iptek Nuklir Ganendra = Ganendra Journal of Nuclear Science and Technology. – 2015. – Vol. 18 (2). – P. 61–68.

14. Bosikov I.I., Modina M.A., Khekert E.V. Analysis of the quality of underground mineral waters of terrigenous deposits of the hauteriv-barremian aquifer of the lower cretaceous // News of the National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of geology and technical sciences 2024. – Vol. 2. – P. 36–47. – DOI: 10.32014/2024.2518-170X.392.

15. Ershov V.A., Sysoev I.A., Kondrat'ev V.V. Determination of aluminum oxide concentration in molten cryolite-alumina // Metallurgist. – 2013. – Vol. 57 (3–4). – P. 346–351.

16. Mathematical modeling of thermofrictional milling process using ANSYS WB software / K.T. Sherov, M.R. Sikhimbayev, A.K. Sherov, B.S. Donenbayev, A.K. Rakishev, A.B. Mazdubai, M.M. Musayev, A.M. Abeuova // Journal of Theoretical and Applied Mechanics. – 2017. – Vol. 47 (2). – P. 24–33. – DOI: 10.1515/jtam-2017-0008.

17. Pashkov E.N., Martyushev N.V., Ponomarev A.V. An investigation into autobalancing devices with multireservoir system // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2014. – Vol. 66 (1). – P. 012014. – DOI: 10.1088/1757-899X/66/1/012014.

18. Formation of high-carbon abrasion-resistant surface layers when high-energy heating by high-frequency currents / N.V. Plotnikova, V.Yu. Skeeba, R.A. Miller, N.S. Rubtsova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 156 (1). – P. 012022. – DOI: 10.1088/1757-899X/156/1/012022.

19. The features of steel surface hardening with high energy heating by high frequency currents and shower cooling / V.V. Ivancivsky, V.Yu. Skeeba, I.A. Bataev, O.V. Sakha, I.V. Khlebova // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2016. – Vol. 156 (1). – P. 012025. – DOI: 10.1088/1757-899X/156/1/012025.

20. Снижение биокоррозии деталей оборудования, эксплуатируемого в подземных выработках за счет применения детонационного Ti-Cu напыления / У.В. Харченко, В.С. Егоркин, В.В. Сирота, С.В. Зайцев // Устойчивое развитие горных территорий. – 2024. – Т. 16, № 1. – С. 336–344. – DOI: 10.21177/1998-4502-2024-16-1-336-344.

21. Balovtsev S.V., Merkulova A.M. Comprehensive assessment of buildings, structures and technical devices reliability of mining enterprises // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 3. – С. 170–181. – DOI: 10.25018/0236_1493_2024_3_0_170.

22. Шарипзянова Г.Х., Еремеева Ж.В. Управление эксплуатационными свойствами порошковых материалов для повышения коррозионной стойкости и износостойкости деталей // Устойчивое развитие горных территорий. – 2023. – Т. 15, № 2. – С. 443–449. – DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-2-443-449.

23. Numerical simulation of temperature field in steel under action of electron beam heating Source / V.Yu. Skeeba, V.V. Ivancivsky, N.V. Vakhrushev, A.K. Zhigulev // Key Engineering Materials. – 2016. – Vol. 712. – P. 105–111. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.712.105.

24. Formation and utilization of nanostructures based on carbon during primary aluminum production / V.V. Kondrat’ev, V.A. Ershov, S.G. Shakhrai, N.A. Ivanov, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2016. – Vol. 60 (7–8). – P. 877–882.

25. Efficiency gains when using activated mill tailings in underground mining / V.S. Brigida, V.I. Golik, R.V. Klyuev, L.B. Sabirova, A.R. Mambetalieva, Yu.I. Karlina // Metallurgist. – 2023. – Vol. 67 (3–4). – P. 398–408. – DOI: 10.1007/s11015-023-01526-z.

26. Prospects for return of valuable components lost in tailings of light metals ore processing / V.I. Golik, R.V. Klyuev, D.A. Zyukin, A.I. Karlina // Metallurgist. – 2023. – Vol. 67 (1–2). – P. 96–103. – DOI: 10.1007/s11015-023-01493-5.

27. Complex metallographic researches of 110G13L steel after heat treatment / A.E. Balanovsky, M.G. Shtayger, V.V. Kondrat'ev, S.A. Nebogin, A.I. Karlina // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2018. – Vol. 411 (1). – P. 012014.

28. Akst E.R. Structural and phase transformations in cast irons when implanted into the surface layers of nitrogen ions // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – 2015. – Vol. 86 (1). – P. 012038. – DOI: 10.1088/1757-899X/86/1/012038.

29. Мищук Л.Н., Юдина Т.Ю. Изучение микроструктуры, химического состава и свойств поверхностной зоны высокопрочных чугунов после азотирования // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. – 2018. – № 4. – C. 84–90.