Структура та властивості зносостійкого натопу, модифікованого електронно-пучковим обробленням

В. Є. Кормишев$^{1}$, В. Є. Громов$^{1}$, Ю. Ф. Іванов$^{2}$, С. В. Коновалов$^{1,3}$

$^1$Сибірський державний індустріальний університет, вул. Кірова, 42, 654007 Новокузнецьк, РФ
$^2$Інститут сильноточної електроніки СВ РАН, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
$^3$Самарський національный дослідницький університет імені академіка С. П. Корольова, Московське шоссе, 34, Самара, РФ

Отримана: 14.03.2017. Завантажити: PDF

Методами сучасного фізичного матеріялознавства досліджено структуру, фазовий стан, дефектну субструктуру і трибологічні властивості покриття, сформованого на низьковуглецевій криці Хардокс 450 електродуговим натопом порошкової проволоки Fe–C–Nb–Cr–W і модифікованого наступним опроміненням високоінтенсивними імпульсними електронними пучками. У вихідному стані криця Хардокс 450 мала структуру сформованого за низькотемпературного відпускання мартенситу пакетної морфології. Натоп приводить до формування високоміцного поверхневого шару товщиною не менше 6 мм, мікротвердість якого складає $\approx$ 10,5 ГПа, що в 1,7 рази перевищує мікротвердість основи. Вздовж межі поділу натоп–криця формується структура, розмір зерен якої змінюється в межах 30–50 мкм. При віддаленні від межі поділу в об’єм криці розмір зерен понижується й на віддалі у 1,0–1,2 мм складає 5–7 мкм. В об’ємі кристалів мартенситу спостерігається дислокаційна субструктура у вигляді багатошарових сіток, скалярна густина дислокацій якої $\approx$ $1\cdot10^{11}$ см$^{-2}$. Основною зміцнювальною фазою натопленого шару являються частинки карбіду ніобію, розміри яких змінюються в межах 0,2–1,5 мкм. В структурі перехідного шару виявлено утворення частинок спеціяльних карбідів, а саме, карбідів хрому (Cr$_{3}$C$_{2}$ і Cr$_{7}$C$_{3}$), карбіду складного складу типу $М_{23}$С$_{6}$ ((Fe,Cr)$_{23}$C$_{6}$) і, вельми нечасто, карбіду вольфраму складу WC. Частинки спеціяльних карбідів розташовуються в об’ємі й на межах кристалів мартенситу, мають круглясту форму; розміри частинок змінюються в межах від 30 нм до 50 нм. На поверхні натопленого шару в результаті опромінення інтенсивним імпульсним електронним пучком формується структура коміркового типу. Розміри комірок змінюються в межах від 20 мкм до 100 мкм. Комірки розділено протяжними прошарками. Комірки мають субмікро- чи нанокристалічну структуру, характерні розміри елементів якої змінюються в межах від 100 нм до 1 мкм. Електронно-пучкове оброб-лення натопленого шару приводить до зменшення розміру зерен до 1,5–2,0 мкм. Зміцнювальними фазами натопленого шару являються $\alpha$-фаза (мартенсит), карбіди ніобію та заліза складу Fe$_{3}$C і $M_{6}$C(Fe$_{3}$W$_{3}$C). Встановлено, що зносостійкість натопленого шару після електронно-пучкового оброблення зростає більше аніж у 70 разів по відношенню до зносостійкости вихідної криці; при цьому коефіцієнт тертя знижується у $\approx$ 3 рази.

Ключові слова: структура, фазовий склад, натоп, зносостійкість, електронно-пучкове оброблення, мікротвердість.

PACS: 06.60.Vz, 62.20.Qp, 68.37.Lp, 81.40.Pq, 81.40.Wx, 81.65.Lp, 83.50.Uv

Citation: V. E. Kormyshev, V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov, and S. V. Konovalov, Structure and Properties of the Wear-Resistant Facing Modified by Electron-Beam Processing, Usp. Fiz. Met., 18, No. 2: 111—139 (2017) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.18.02.111


Цитована література (49)  
  1. Б. Е. Патон, Автоматическая сварка, № 10: 7 (2003).
  2. Г. А. Воробьева, Е. Е. Складнова, А. Ф. Леонов, В. К. Ерофeeв, Инструментальные материалы (Санкт-Петербург: Политехника: 2005).
  3. Н. В. Молодых, А. С. Зенкин, Восстановление деталей машин (Москва: Машиностроение: 1989).
  4. Н. А. Соснин, С. А. Ермаков, П. А. Тополянский, Плазменные технологии. Руководство для инженеров (Санкт-Петербург: Изд-во Политехнического университета: 2013).
  5. Е. В. Капралов, С. В. Райков, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, В. Б. Костерев, Сталь, № 7: 86 (2014).
  6. В. Е. Громов, Е. В. Капралов, С. В. Райков, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, Успехи физики металлов, 15, № 4: 213 (2014). Crossref
  7. В. Е. Громов, К. В. Волков, Ю. Ф. Иванов, К. В. Морозов, К. В. Алсараева, С. В. Коновалов, Успехи физики металлов, 15, № 1: 1 (2014). Crossref
  8. Д. А. Романов, В. Е. Громов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Успехи физики металлов, 16, № 2: 119 (2015). Crossref
  9. В. Е. Громов, К. В. Соснин, Ю. Ф. Иванов, О. А. Семина, Успехи физики металлов, 16, № 3: 175 (2015). Crossref
  10. В. Е. Громов, К. В. Аксёнова, С. В. Коновалов, Ю. Ф. Иванов, Успехи физики металлов, 16, № 4: 265 (2015). Crossref
  11. В. Е. Громов, Е. Н. Никитина, Ю. Ф. Иванов, К. В. Аксёнова, Е. В. Корнет, Успехи физики металлов, 16, № 4: 299 (2015). Crossref
  12. В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, Е. Г. Белов, В. Б. Костерев, Д. А. Косинов, Успехи физики металлов, 17, № 4: 303 (2016). Crossref
  13. С. В. Райков, Е. В. Капралов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Известия ВУЗов. Чёрная металлургия, 58, № 2: 121 (2015). Crossref
  14. S. V. Raikov, E. V. Kapralov, Yu. F. Ivanov, E. A. Budovskikh, and V. E. Gromov, Steel in Translation., 45, No. 2: 120 (2015). Crossref
  15. Е. В. Капралов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, С. В. Райков, А. М. Глезер, Ю. Ф. Иванов, Проблемы чёрной металлургии и материаловедения, № 1: 80 (2015).
  16. Е. В. Капралов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, С. В. Райков, Ю. Ф. Иванов, Наноинженерия, № 4 (46): 14 (2015).
  17. С. В. Райков, Е. В. Капралов, Е. С. Ващук, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, К. В. Соснин, Упрочняющие технологии и покрытия, № 2 (122): 40 (2015).
  18. Е. В. Капралов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, Известия ВУЗов. Физика, 58, № 4: 39 (2015). Crossref
  19. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, С. В. Коновалов, К. В. Аксенова, Усталость силумина, модифицированного электронно-пучковой обработкой (Новокузнецк: Изд-во «Полиграфист»: 2016).
  20. Модифицирование структуры и свойств легких сплавов упрочняющими технологиями (Ред. В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов) (Новокузнецк: Изд-во «Полиграфист»: 2015).
  21. К. В. Волков, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, В. А. Гришунин, Повышение усталостной выносливости рельсовой стали электронно-пучковой обработкой (Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс»: 2013).
  22. В. А. Гришунин, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Денисова, Электронно-пучковая модификация структуры и свойств стали (Новокузнецк: «Полиграфист»: 2012).
  23. Ю. В. Иванов, Н. Н. Коваль, Структура и свойства перспективных металлических материалов (Ред. А. И. Потекаев) (Томск: Изд-во НТЛ: 2007), гл. 13, с. 345.
  24. S. V. Grigoriev, N. N. Koval, V. N. Devjatkov, and A. D. Teresov, Proc. 9th Int. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk: 2008), p.19.
  25. D. I. Proskurovsky, V. P. Rotshtein, and G. E. Ozur, Proc. 11th Int. Conf. on High Power Particle Beams—BEAMS-96 (Prague: 1996), vol. 1, p. 259.
  26. Ю. Ф. Иванов, Д. А. Бессонов, С. В. Воробьев, В. Е. Громов, С. В. Коновалов, Н. Н. Коваль, Усталостная долговечность стали мартенситного класса, модифицированной высокоинтенсивными электронными пучками (Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс»: 2011).
  27. Ю. Ф. Иванов, С. В. Воробьев, С. В. Коновалов, В. Е. Громов, Н. Н. Коваль, Физические основы повышения усталостной долговечности нержавеющих сталей (Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс»: 2011).
  28. В. А. Гришунин, В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Денисова, Электронно-пучковая модификация структуры и свойств стали (Новокузнецк: Изд-во «Полиграфист»: 2012).
  29. Современные тенденции модифицирования структуры и свойств материалов (Ред. Н. Н. Коваль, В. Е. Громов) (Томск: Изд-во НТЛ: 2015).
  30. Н. Н. Коваль, Ю. Ф. Иванов, Известия вузов. Физика, № 5: 60 (2008).
  31. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки (Ред. Н. Н. Коваль, Ю. Ф. Иванов) (Томск: Изд-во НТЛ: 2016).
  32. Л. М. Утевский, Дифракционная электронная микроскопия в металловедении (Москва: Металлургия: 1973).
  33. К. Эндрюс, Д. Дайсон, С. Киоун, Электронограммы и их интерпретация (Москва: Мир: 1971).
  34. Практические методы в электронной микроскопии (Ред. О. М. Глоэр) (Ленинград: Машиностроение: Ленинградское отделение: 1980).
  35. А. В. Смирнова, Г. А. Кокорин, С. М. Полонская, Электронная микроскопия в металловедении. Справочник (Москва: Металлургия: 1985).
  36. Д. Брандон, У. Каплан, Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля (Москва: Техносфера: 2006). Crossref
  37. М. М. Криштал, И. С. Ясников, В. И. Полунин, Сканирующая электронная микроскопия и рентгеноспектральный микроанализ в примерах практического применения (Москва: Техносфера: 2009).
  38. Transmission Electron Microscopy Characterization of Nanomaterials (Ed. Challa S.S.R. Kumar) (New York: Springer: 2014). Crossref
  39. В. В. Рыбин, В. А. Малышевский, В. Н. Олейник, Физика мет. металловед., 42, № 5: 1042 (1976).
  40. Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин, Превращения в железе и стали (Москва: Наука: 1977).
  41. Ю. Н. Петров, Дефекты и бездиффузионное превращение в стали (Киев: Наукова думка: 1978).
  42. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Е. Н. Никитина, Бейнитная конструкционная сталь: структура и механизмы упрочнения (Новокузнецк: Издательство СибГИУ: 2015).
  43. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина, А. М. Братковский и др., Физические величины: Справочник (Москва: Энергоатомиздат: 1991).
  44. О. А. Банных, П. Б. Будберг, С. П. Алисова и др., Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа (Москва: Металлургия: 1986).
  45. Диаграммы состояния двойных металлических систем (Ред. Н. П. Лякишева (Москва: Машиностроение: 1996–2000).
  46. Усталость сталей, модифицированных высокоинтенсивными электронными пучками (Ред. В. Е. Громов, Ю. Ф. Иванов) (Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс»: 2012).
  47. O. A. Likhachev and Yu. M. Koval, Uspehi Fiziki Metallov, 16, No. 1: 1 (2015). Crossref
  48. O. A. Likhachev and Yu. M. Koval, Uspehi Fiziki Metallov, 16, No. 1: 23 (2015). Crossref
  49. V. A. Lobodyuk, Uspehi Fiziki Metallov, 17, No. 2: 89 (2016). Crossref
Цитується (1)
  1. V. E. Gromov, A. A. Yur’ev, Yu. F. Ivanov, S. V. Konovalov et al., Metallofiz. Noveishie Tekhnol. 39, 1599 (2018).