Processing math: 100%

Структура та властивості зносостійкого натопу, модифікованого електронно-пучковим обробленням

В. Є. Кормишев1, В. Є. Громов1, Ю. Ф. Іванов2, С. В. Коновалов1,3

1Сибірський державний індустріальний університет, вул. Кірова, 42, 654007 Новокузнецьк, РФ
2Інститут сильноточної електроніки СВ РАН, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
3Самарський 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 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 11011 см2. 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 (Cr3C2 і Cr7C3), карбіду складного складу типу М23С6 ((Fe,Cr)23C6) 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 α-фаза (мартенсит), карбіди ніобію та заліза складу Fe3C і M6C(Fe3W3C). 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 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).