ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИОННО-ПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ СТАЛИ 08Х18Н10

Шут Г.А., Марчук С.И., Крымов В.Н.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Вісник Донбаської національної академії будівництва і архітектури - 2008 / Матеріали VII наукової конференції молодих вчених, аспірантів та студентів. - Макіївка, ДонНАБА - 2008, с. 45-46.

В настоящее время особое внимание уделяется поверхностному упрочнению коррозионно-стойких нержавеющих сталей, применяемых в пищевой, мукомольной и пивоваренной промышленности, потому что от них требуется не только высокая коррозионная стойкость, но и высокая износостойкость[1,3,5].
Наряду со многими известными методами упрочнения именно ионно-плазменное азотирование (ИПА) обеспечивает необходимые структуру и свойства упрочненного поверхностного слоя и при этом имеет ряд преимуществ[1-2,4].
Цель работы – изучение влияния температуры поверхности (Тпов) в процессе ИПА на структуру и свойства поверхностного слоя стали 08Х18Н10.
Материал для исследования – образцы из плющеной проволоки размером 70×6×3 мм.
Очищенные травлением в растворах кислот и ультразвуковой промывкой образцы загружали на столик рабочей камеры установки ННВ-66-И1. В качестве анода использовали стальную пластину размером 100×250мм, расположенную на расстоянии 250мм от образцов. В течение получаса производили катодную очистку поверхности образцов при следующих параметрах: давление 1,5 Па, разность потенциалов между образцом и анодом – 1300В, атмосфера – очищенный азот. После очистки устанавливали рабочие параметры: давление 1,5-3 Па, напряжение 1000-1200В. Температуру образцов контролировали пирометром.

                        

               а - Тпов=610 °С          б - Тпов=680-720 °С (2часа)

Рисунок 1 - Фотографии микроструктур образцов стали 08Х18Н10 после азотирования

Изучение микроструктуры (рис. 1) поверхностного слоя образцов на Neophot - 21 (×500) после ИПА показало, что ее характерной особенностью является наличие, на первый взгляд, четко ограниченного, однородного нитридного слоя (НС).

Однако рентгеноструктурный фазовый анализ, проведенный на дифрактометре ДРОН-3 в железном излучении, показал наличие в этом слое нескольких фаз: Fe4N, Fe3N, Fe2N, CrN. Для образцов с максимальной температурой поверхности 680-775°С при двойном режиме, суммарное время выдержки - 2 часа, глубина НС составила 55-60мкм; а для образцов с Тпов= 520-530°С и Тпов= 580-610°С – 30-35мкм. Распределение микротвердости в пределах НС почти во всех случаях характеризуется монотонным ростом от поверхности к границе НС и диффузионного слоя (ДС). Исключение составил образец с Тпов=610°С, в котором микротвердость резко снизилась к границе слоев от 12000 Н/мм2 до 6670Н/мм2. Наиболее высокая микротвердость у границы слоев 10870 Н/мм2 наблюдалась у образца с наиболее низкой Тпов=520-530°С. Микротвердость ДС для всех образцов прогнозируемо снижается при удалении от поверхности, но максимальные значения - в том же образце. Таким образом, в структуре азотированного слоя стали 08Х18Н10 присутствуют следующие фазы: Fe4N, Fe3N, Fe2N, CrN. Глубина азотированного слоя растет с увеличением времени насыщения. Наибольшее значение микротвердости НС и ДС у образца с Тпов=520-530°С.

Литература

  1. Артемьев В. П. Влияние ионного азотирования на износостойкость сплавов // Металловед. и терм. обработка металлов. – 2001, №4. – С.10-11.
  2. Ионное азотирование феррито-перлитной и аустенитной сталей в газовых разрядах низкого давления / А. Д. Коротаев, С. В. Овчинников, А. Н. Тюменцев и др. // Физика и химия обработки материалов. 2004, №1. – С.22-27.
  3. Лахтин Ю. М. Структура и прочность азотированных сплавов. – М.: Металлургия, 1982. – 176 с.
  4. Савинцев М. И. Упрочнение стали 38Х2МЮА азотированием в различных средах // Металловед. и терм. обработка металлов. – 1997, №11. – С.19 –21.
  5. Ульянин Е. А. Коррозионностойкие стали и сплавы: Справочник. – М.: Металлургия , 1991. – 255 с.