1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Физика металлов и металловедение
  4. T. 124, № 5, 2023

Физика металлов и металловедение, 2023, T. 124, № 5, стр. 409-416

Влияние фрикционной обработки и низкотемпературной плазменной цементации на структуру и фазовый состав метастабильной аустенитной стали

Р. А. Саврай a, *, П. А. Скорынина a, А. В. Макаров a, b, А. И. Меньшаков c, d, В.С. Гавико b

a Институт машиноведения им. Э.С. Горкунова УрО РАН
620049 Екатеринбург, ул. Комсомольская, 34, Россия

b Институт физики металлов им. М.Н. Михеева УрО РАН
620108 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18, Россия

c Институт электрофизики УрО РАН
620016 Екатеринбург, ул. Амундсена, 106, Россия

d Уральский Федеральный Университет им. Б.Н. Ельцина
620002 Екатеринбург, ул. Мира, 19, Россия

* E-mail: ras@imach.uran.ru

Поступила в редакцию 02.01.2023
После доработки 20.03.2023
Принята к публикации 29.03.2023

Аннотация

Рассмотрены особенности структуры и фазового состава коррозионностойкой хромоникелевой (в мас. %: 16.80 Cr; 8.44 Ni) аустенитной стали, подвергнутой цементации в плазме электронного пучка при температурах 350 и 500°C, фрикционной обработке скользящим индентором и комбинированным обработкам, включающим фрикционную обработку и плазменную цементацию. Установлено, что плазменная цементация приводит к образованию модифицированного поверхностного слоя, состоящего из обогащенного углеродом аустенита и карбидов (Cr23C6, Fe3C), при этом образование γC-фазы наблюдается только при температуре 350°C. Глубина модифицированного слоя увеличивается с ростом температуры цементации. Показано, что комбинированную обработку, включающую фрикционную обработку и плазменную цементацию, целесообразно проводить при температуре цементации 350°C, поскольку в этом случае сохраняется сформированная в результате фрикционной обработки деформированная структура, а выделяющиеся карбиды остаются высокодисперсными. При этом фрикционная обработка должна обеспечивать формирование максимально глубокого диффузионно-активного слоя с дисперсной структурой.

Ключевые слова: коррозионностойкая аустенитная сталь, плазменная цементация, фрикционная обработка, структура, фазовый состав

Список литературы

  1. Макаров А.В., Скорынина П.А., Юровских А.С., Осинцева А.Л. Влияние технологических условий наноструктурирующей фрикционной обработки на структурно-фазовое состояние и упрочнение метастабильной аустенитной стали // ФММ. 2017. Т. 118. № 12. С. 1300–1311.

  2. Savrai R.A., Makarov A.V., Malygina I.Yu., Rogovaya S.A., Osintseva A.L. Improving the strength of the AISI 321 austenitic stainless steel by frictional treatment [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2017. Is. 5. P. 43–62. http:// dream-journal.org/issues/2017-5/2017-5_149.html.

  3. Наркевич Н.А., Шулепов И.А., Миронов И.П. Структура, механические и триботехнические свойства аустенитной азотистой стали после фрикционной обработки // ФММ. 2017. Т. 118. № 4. С. 421–428.

  4. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Металлофизические основы наноструктурирующей фрикционной обработки сталей // ФММ. 2019. Т. 120. № 3. С. 327–336.

  5. Макаров А.В., Скорынина П.А., Волкова Е.Г., Осинцева А.Л. Влияние фрикционной обработки на структуру, микромеханические и трибологические свойства аустенитной стали 03Х16Н14М3Т // МиТОМ. 2019. № 12. С. 21–24.

  6. Макаров А.В., Саврай Р.А., Скорынина П.А., Волкова Е.Г. Развитие методов поверхностного деформационного наноструктурирования сталей // МиТОМ. 2020. № 1(775). С. 62–69.

  7. Savrai R.A., Osintseva A.L. Effect of hardened surface layer obtained by frictional treatment on the contact endurance of the AISI 321 stainless steel under contact gigacycle fatigue tests // Mater. Sci. Eng., A. 2021. V. 802. Art. 140679. P. 1–10.

  8. Саврай Р.А., Колобылин Ю.М., Волкова Е.Г. Микромеханические характеристики поверхностного слоя метастабильной аустенитной стали, подвергнутой фрикционной обработке // ФММ. 2021. Т. 122. № 8. С. 858–865.

  9. Sun Y., Li X., Bell T. Structural characteristics of low temperature plasma carburised austenitic stainless steel // Mater. Sci. Technol. 1999. V. 15. Is. 10. P. 1171–1178.

  10. Sun Y. Kinetics of low temperature plasma carburizing of austenitic stainless steels // J. Mater. Process. Technol. 2005. V. 168. P. 189–194.

  11. Souza R.M., Ignat M., Pinedo C.E., Tschiptschin A.P. Structure and properties of low temperature plasma carburized austenitic stainless steels // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 204. Is. 6–7. P. 1102–1105.

  12. Sun Y. Tribocorrosion behavior of low temperature plasma carburized stainless steel // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 228. P. S342–S348.

  13. Tong X., Zhang T., Ye W. Effect of carburizing atmosphere proportion on low temperature plasma carburizing of austenitic stainless steel // Appl. Mech. Mater. 2014. V. 598. P. 90–93.

  14. Duarte M.C.S., Godoya C., Wilson J.C.A.B. Analysis of sliding wear tests of plasma processed AISI 316L steel // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 260. P. 316–325.

  15. Liu R.L., Wang S., Wei C.Y., Yan M.F., Qiao Y.J. Microstructure and corrosion behavior of low temperature carburized AISI 304 stainless steel // Materials Research Express. 2019. V. 6. No. 6. Art. 066417.

  16. Скорынина П.А., Макаров А.В., Меньшаков А.И., Осинцева А.Л. Влияние низкотемпературной цементации в плазме электронного пучка на упрочнение и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 2. С. 97–109.

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

  18. de Araújo Junior E., Marinho Bandeir R., Dorigão Manfrinato M., Aparecido Moreto J., Borges R., dos SantosVales S., Atsushi Suzuki P., Sgarbi Rossino L. Effect of ionic plasma nitriding process on the corrosion and micro-abrasive wear behavior of AISI 316L austenitic and AISI 470 super-ferritic stainless steels // J. Mater. Res. Technol. 2019. V. 8. Is. 2. P. 2180–2191.

  19. Spevak L.F., Nefedova O.A., Makarov A.V., Samoilova G.V. Mathematical modelling of plasma nitriding of austenitic stainless steel [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2015. Is. 6. P. 68–79. http://dream-journal.org/issues/2015-6/2015-6_65.html.

  20. 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 Mater. 2006. V. 54. P. 5599–5605.

  21. Jayalakshmi M., Huilgol P., Ramachandra B.B., Udaya B.K. Microstructural characterization of low temperature plasma-nitrided 316L stainless steel surface with prior severe shot peening // Mater. Des. 2016. V. 108. P. 448–454.

  22. Shabashov V.A., Korshunov L.G., Litvinov A.V., Kataeva N.V., Zamatovsky A.E. Increasing the depth of the nitrided layer in the surface of austenitic alloys using friction treatment [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2016. Is. 6. P. 17–27. http://dream-journal.org/ issues/ 2016-6/2016-6_108.html.

  23. Makarov A.V., Samoilova G.V., Gavrilov N.V., Mamayev A.S., Osintseva A.L., Kurennykh T.E., Savrai R.A. Effect of preliminary nanostructuring frictional treatment on the efficiency of nitriding of metastable austenitic steel in electron beam plasma // AIP Conf. Proc. 2017. V. 1915. Art. 030011.

  24. 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 (75). С. 55–66.

  25. Menezes M.R., Godoy C., Buono V.T.L., Schvartzman M., Avelar-Batista Wilson J.C. Effect of shot peening and treatment temperature on wear and corrosion resistance of sequentially plasma treated AISI 316L steel // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 309. P. 651–662.

  26. Макаров А.В., Самойлова Г.В., Гаврилов Н.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(42). С. 67–74.

  27. Liu Zh., Peng Y., Chen Ch., Gong J., Jiang Y. Effect of surface nanocrystallization on low-temperature gas carburization for AISI 316L austenitic stainless steel // International J. Pressure Vessels and Piping. 2020. V. 182. Art. 104053.

  28. Zhidkov I.S., Kukharenko A.I., Makarov A.V., Savrai R.A., Gavrilov N.V., Cholakh S.O., Kurmaev E.Z. XPS characterization of surface layers of stainless steel nitrided in electron beam plasma at low temperature // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 386. No. 125492.

  29. Lu Ya., Li D., Ma H., Liu X., Wu M., Hu J. Enhanced plasma nitriding efficiency and properties by severe plastic deformation pretreatment for 316L austenitic stainless steel // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 15. P. 1742–1746.

  30. Саврай Р.А., Скорынина П.А., Макаров А.В., Осинцева А.Л. Особенности структуры и свойства поверхности метастабильной аустенитной стали, подвергнутой жидкостной цементации при пониженной температуре // ФММ. 2020. Т. 121. № 1. С. 72–78.

  31. Savrai R.A., Skorynina P.A. Structural-phase transformations and changes in the properties of AISI 321 stainless steel induced by liquid carburizing at low temperature // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 443. Art. 128613.

  32. Бернштейн М.Л., Рахштадт А.Г. Металловедение и термическая обработка стали: справочник в 3 т. М.: Металлургия, 1983. Т. 2. 368 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Физика металлов и металловедение

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал