Preview

Frontier Materials & Technologies

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА УПРОЧНЕНИЕ И КАЧЕСТВО АЗОТИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-67-74

Полный текст:

Аннотация

Актуальным является поиск эффективных способов упрочнения (при сохранении высокого качества поверхности) аустенитных хромоникелевых сталей – термически неупрочняемых и склонных к адгезии конструкционных материалов. В настоящей работе с использованием методов электронной сканирующей микроскопии, оптической профилометрии и микродюрометрии изучено влияние комбинированной обработки, включающей наноструктурирующую фрикционную обработку скользящим индентором в комплексе с азотированием в плазме электронного пучка при температурах ТА=300–500 °С, на упрочнение, качество и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали 04Х17Н8Т. Для сравнения исследовали плазменное азотирование недеформированной крупнокристаллической стали. После предварительного наноструктурирования поверхности стали фрикционной обработкой при последующем азотировании при ТА=350 °С установлен существенный рост толщины упрочненного слоя. Указанная температура является минимальной температурой эффективного азотирования как деформационно-наноструктурированной, так и крупнокристаллической стали. Предварительная деформационная обработка препятствует сильному росту шероховатости и ухудшению качества поверхности при азотировании вследствие подавления выделений по границам зерен и субзерен нитридных фаз, приводящих к «вспучиванию» поверхности недеформированной стали. Однако на поверхности стали, подвергнутой фрикционной обработке, азотирование при ТА=500 °С вызывает интенсивный блистеринг и порообразование. Это обусловлено возникновением в диффузионно-активном наноструктурированном поверхностном слое при азотировании повышенного количества ε-фазы и газообразного азота. Снижение температуры азотирования от 500 до 350 °С способствует устранению блистеринга, порообразования, и, как следствие, уменьшению шероховатости (до Ra=0,1 мкм) и улучшению качества поверхности азотированной стали, предварительно упрочненной фрикционной обработкой.

Об авторах

Алексей Викторович Макаров
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
Россия

доктор технических наук, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств



Галина Викторовна Самойлова
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
Россия

аспирант



Александр Сергеевич Мамаев
Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
Россия

кандидат технических наук, научный сотрудник



Алевтина Леонтьевна Осинцева
Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
Россия

кандидат технических наук, старший научный сотрудник



Роман Анатольевич Саврай
Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург
Россия

кандидат технических наук, заведующий лабораторией конструкционного материаловедения



Список литературы

1. Rolinski E. Plasma-assisted nitriding and nitrocarburizing of steel and other ferrous alloys // Thermochemical surface Engineering of steels: Improving Materials Performance. USA: Woodhead Publ., 2014. P. 413–457.

2. Гаврилов Н.В., Меньшаков А.И. Низкотемпературное азотирование нержавеющей аустенитной стали в плазме электронного пучка при 400 °С // Физика и химия обработки материалов. 2012. № 5. С. 31–36.

3. Макаров А.В., Гаврилов Н.В., Самойлова Г.В., Мамаев А.С., Осинцева А.Л., Саврай Р.А. Влияние непрерывного и газоциклического плазменного азотирования на качество наноструктурированной поверхности аустенитной нержавеющей стали // Обработка металлов (Технология, оборудование, инструменты). 2017. № 2. С. 55–66.

4. Sun Y., Bell T. Sliding wear characteristics of low temperature plasma nitride 316 austenitic stainless steel // Wear. 1998. Vol. 218. P. 34–42.

5. Menthe E., Bulak A., Olfe J., Zimmermann A., Rie K.-T. Improvement of the mechanical properties of austenitic stainless steel after plasma nitriding // Surface and Coatings Technology. 2000. Vol. 133–134. P. 259–263.

6. Liang W. Surface modification of AISI 304 austenitic stainless steel by plasma nitriding // Surface and Coatings Technology. 2005. Vol. 195. P. 81–84.

7. Xu X., Yu Z., Wang L., Qiang J., Hei Z. Phase depth distribution characteristics of the plasma nitrided layer on AISI 304 stainless steel // Surface and Coatings Technology. 2003. Vol. 162. P. 242–247.

8. Xi Y. T., Liu D. X., Han D. Improvement of erosion and erosion-corrosion resistance of AISI420 stainless steel by low temperature plasma nitriding // Applied Surface Science. 2008. Vol. 254. № 18. P. 5953–5958.

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

10. Lin Y., Lu J., Wang L., Xu T., Xue Q. Surface nanocrystallization by surface mechanical attrition treatment and its effect on structure and properties of plasma nitrided AISI 321 stainless steel // Acta Materialia. 2006. Vol. 54. № 20. P. 5599–5605.

11. Laleh M., Kargar F., Velashjerdi M. Low-temperature nitriding of nanocrystalline stainless steel and its effect on improving wear and corrosion // Journal of Materials Engineering and Performance. 2013. Vol. 22. № 5. P. 1304–1310.

12. Chemkhi M., Retraint D., Roos A., Garnier C., Waltz L., Demangel C., Proust G. The effect of surface mechanical attrition treatment on low temperature plasma nitriding of an austenitic stainless steel // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 221. P. 191–195.

13. Jayalakshmi M., Huilgol P., Bhat B.R., Bhat K. U. Microstructural characterization of low temperature plasma-nitrided 316L stainless steel surface with prior severe shot peening // Materials and Design. 2016. Vol. 108. P. 448–454.

14. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикционной обработки // Трение и износ. 2003. Т. 24. № 3. С. 301–306.

15. Бараз В.Р., Картак Б.Р., Минеева О.Н. Особенности фрикционного упрочнения аустенитной стали с нестабильной фазой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2010. № 10. С. 20–22.

16. Бараз В.Р., Федоренко О.Н. Особенности фрикционной обработки сталей пружинного класса // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 11. С. 16–19.

17. Макаров А.В., Соболева Н.Н., Саврай Р.А., Малыгина И.Ю. Повышение микромеханических свойств и износостойкости хромоникелевого лазерного покрытия финишной фрикционной обработкой // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2015. № 4. С. 60–67.

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

19. Макаров А.В., Скорынина П.А., Волкова Е.Г., Осинцева А.Л. Наноструктурирующие комбинированные фрикционно-термические обработки аустенитной стали 12Х18Н10Т // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2016. № 4. С. 30–37

20. Gleiter H. Nanocrystalline materials // Progress in Materials Science. 1989. Vol. 33. № 4. P. 223–315.

21. Lu K. Nanocrystalline metals crystallized from amorphous solids: nanocrys-tallization, structure, and properties // Materials Science and Engineering R–Reports. 1996. Vol. 16. № 4. P. 161–221.

22. Tong W.P., Tao N.R., Wang Z.B., Lu J., Lu K. Nitriding iron at lower temperatures // Science. 2003. Vol. 299. № 5607. P. 686–688.

23. Tong W.P., Liu C.Z., Wang W., Tao N.R., Wang Z.B., Zuo L., He J.C. Gaseous nitriding of iron with a nanostructured surface layer // Scripta Materialia. 2007. Vol. 57. № 6. P. 533–536.

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

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

26. Stinville J.C., Villechaise P., Templier C., P.Riviere J., Drouet M. Plasma nitriding of 216L austenitic stainless steel: Experimental investigation of fatigure life and surface evolution // Surface and Coatings Technology. 2010. Vol. 204. P. 1947–1951.

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

28. Kondo Y., Tanei H., Ushioda K., Maeda M., Abe Y. Effect of nitrogen on blister growth process during high temperature oxidation of steel // ISIJ International. 2012. Vol. 52. № 9. P. 1644–1648.

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

30. Белашова И.С., Шашков А.О. Кинетика роста диффузионного слоя при термогазоциклическом способе азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2012. № 6. С. 46–50.


Рецензия

Для цитирования:


Макаров А.В., Самойлова Г.В., Мамаев А.С., Осинцева А.Л., Саврай Р.А. ВЛИЯНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ДЕФОРМАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ НА УПРОЧНЕНИЕ И КАЧЕСТВО АЗОТИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ. Вектор науки Тольяттинского государственного университета . 2017;(4):67-74. https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-67-74

For citation:


Makarov A.V., Samoylova G.V., Mamaev A.S., Osintseva A.L., Savray R.A. THE INFLUENCE OF PRELIMINARY DEFORMATION TREATMENT ON THE HARDENING AND QUALITY OF THE NITRIDED SURFACE OF AUSTENITE STAINLESS STEEL. Science Vector of Togliatti State University . 2017;(4):67-74. (In Russ.) https://doi.org/10.18323/2073-5073-2017-4-67-74

Просмотров: 14


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2782-4039 (Print)
ISSN 2782-6074 (Online)