СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТПУСКА
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38Ключевые слова:
быстрорежущая сталь, плазменная наплавка, легирование, азот, отпуск, микроструктура, карбидная фаза, эвтектика, аустенитно-мартенситная смесьАннотация
Методами световой и сканирующей электронной микроскопии на поперечных шлифах проведены металлографические исследования структуры многослойных покрытий быстрорежущей стали Р19Ю, сформированных в среде азота при многослойной плазменной наплавке порошковой проволокой. Покрытия имеют разориентированную дендритную структуру с характерным размером осей первого порядка 100 мкм, которая мало изменяется с глубиной. При больших увеличениях детально выявляется карбидная сетка эвтектических карбидов типа Ме6С по границам зерен твердого раствора с размерами ячеек в пределах 5 – 100 мкм. Сетка окаймлена светлым слоем однородного металла, по-видимому, представляющим собой низколегированный феррит. Мелкие ячейки с характерными размерами 5 – 10 мкм имеют однородную ферритную структуру, а в более крупных формируется внутренняя темная область, имеющая аустенитно-мартенситную структуру с включениями мелкоигольчатого мартенсита. В более крупных ячейках формируется внутренняя темная область, имеющая аустенитно-мартенситную структуру с включениями равноосных изолированных карбидов. Поскольку наплавку проводили в среде азота, следует предполагать также образование в ней карбидов, содержащих азот, или карбонитридов. В таких условиях кристаллизации образуются также комплексные карбиды типа Fe3(W-Mo-N-V)3С. Возможно также образование нитридов Fe4N. Характерный размер мартенситных игл в ней составляет 1 – 3 мкм. После четырехкратного высокотемпературного отпуска при 560 °С в результате распада остаточного аустенита, образования мартенсита отпущенного и выделения дисперсных карбидов общая микротвердость возрастает от 472 до 528 HV и ее распределение становится более однородным. При этом наблюдается рост мартенситных игл в пределах от 2 до 6 мкм.
Библиографические ссылки
Гладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка. Киев: Екотехнологiя, 2007. 292 с.
Рябцев И.А., Сенченков И.К. Теория и практика наплавочных работ. Киев: Екотехнологiя, 2013. 400 с.
Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. Москва: Машиностроение, 2008. 406 с.
Походня И.К., Шлепаков В.Н., Максимов С.Ю., Рябцев И.А. Исследования и разработки ИЭС им. Е.О. Патона в области электродуговой сварки и наплавки порошковой проволокой (Обзор) // Автоматическая сварка. 2010. № 12 (692). С. 34–42.
Sahoo A., Tripathy S. Development in plasma arc welding process: A review // Materials. Today: Proceedings. 2021. Vol. 41. No. 2. P. 363–368. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.09.562
Ramkumar P., Karthikeyan M.K., Gupta R.K., Anil Kumar V., Magadum Ch., Muthupandi V. Plasma arc welding of high strength 0.3 % C–CrMoV (ESR) Steel // Transactions of the Indian Institute of Metals. 2017. Vol. 70. No. 5. P. 1317–1322. https://doi.org/10.1007/s12666-016-0927-3
Fatima S., KhanM., Jaffery S.H.I., Ali L., Butt S.I., Mujahid M. Optimization of process parameters for plasma arc welding of austenitic stainless steel (304 L) with low carbon steel (A-36) // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part L // Journal of Materials: Design and Applications. 2016. Vol. 230. No. 2. P. 640–653. https://doi.org/10.1177/1464420715584392
Wu C.S., Wang L., Ren W.J., Zhang X.Y. Plasma arc welding: Process, sensing, control and modeling // Journal of Manufacturing Processes. 2014. Vol. 16. No. 1. P. 74–85. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.06.004
Wang Yu., Mao B., Chu Sh., Chen S., Xing H., Zhao H., Wang Sh., Wang Yu., Zhang J., Sun B. Advanced manufacturing of high-speed steels: A critical review of the process design, microstructural evolution, and engineering performance // Journal of Materials Research and Technology. 2023. Vol. 24. P. 8198–8240. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.269
Wang H., Hong D., Hou L., Ou P., Wang Z., Shen L., Zhao H. Influence of tempering temperatures on the microstructure, secondary carbides and mechanical properties of spray-deposited AISI M3:2 high-speed steel // Materials Chemistry and Physics. 2020. Vol. 255. Article 123554. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2020.123554
Lyu C., Zhou J., Zhang X., Yao Y., Zhang Y. Effect of heat treatment on microstructure and impact toughness of a Tungsten-Molybdenum powder metallurgical high-speed steel // Materials Science and Engineering: A. 2021. Vol. 815. Article 141268. https://doi.org/10.1016/j.msea.2021.141268
Wang Y., Chu S., Mao B., Xing H., Zhang J., Sun B. Microstructure, residual stress, and mechanical property evolution of a spray-formed vanadium-modified high-speed steel processed by post-heat treatment // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 18. P. 1521–1533. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.03.053
Chaus A.S., Sahul M. On origin of delta eutectoid carbide in M2 high-speed steel and its behaviour at high temperature // Materials Letters. 2019. Vol. 256. Article 126605. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2019.126605
Chaus A.S., Braeík M., Sahul M., Domankova M. Microstructure and properties of M2 high-speed steel cast by the gravity and vacuum investment casting // Vacuum. 2019. Vol. 162. P. 183–198. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2019.01.041
Chen N., Luo R., Xiong H., Li Z. Dense M2 high speed steel containing core-shell MC carbonitrides using high-energy ball milled M2/VN composite powders // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 771. Article 138628. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138628
Yu P., Ziqiang P., Bowen L., Wei X., Ce Zh., Xuanhui Q., Xin L. Influence of heat treatment on the microstructural evolution and mechanical properties of W6Mo5Cr4V2Co5Nb (825K) high speed steel // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 787. Article 139480. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139480
Hu Q., Wang M., Chen Yu., Liu H., Si Z. The Effect of MC-type carbides on the microstructure and wear behavior of s390 high-speed steel produced via spark plasma sintering // Metals. 2022. Vol. 12. No. 12. Article 2168. https://doi.org/10.3390/met12122168
Wang J., Chen C., Zhang C. Effect of Mo and tempering treatment on the microstructural evolution and mechanical properties of M2 high-speed steel prepared by laser directed energy deposition // Steel research international. 2021. Vol. 92. Article 2100225. https://doi.org/10.1002/srin.202100225
Ureña A., Otero E., Utrilla M.V., Múnez C.J. Weldability of a 2205 duplex stainless steel using plasma arc welding // Journal of Materials Processing Technology. 2007. Vol. 182. No. 1-3. P. 624 – 631. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2006.08.030
Коршунов Л.Г., Гойхенберг Ю.Н., Черненко Н.Л. Влияние кремния на структуру, трибологические и механические свойства азот-содержащих хромомарганцевых аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 96. № 5. С. 100–110.
Вдовин К.Н., Никитенко О.А., Феоктистов Н.А., Горленко Д.А. Изучение влияния азотированного феррованадия на параметры микроструктуры литых изделий из стали Гадфильда // Литейщик России. 2018. № 3. С. 23–27.
Емелюшин А.Н., Петроченко Е. В., Нефедьев С. П. Исследование структуры и ударно-абразивной износостойкости покрытий системы Fe-C-Cr-Mn-Si, дополнительно легированных азотом // Сварочное производство. 2011. № 10. С. 18–22.
Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Влияние азота на формирование структуры и свойств плазменных покрытий типа 10Р6М5 // Вестник Югорского государственного университета. 2021. № 3(62). С. 33–45. https://doi.org/10.17816/byusu20210333-45
Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефедьев С.П. Сравнение структуры и свойств литых и наплавленных износостойких материалов // Литейные процессы. 2012. № 11. С. 141–145.
Малушин Н.Н., Громов В.Е., Романов Д.А., Бащенко Л.П., Перегудов О.А. Упрочнение теплостойких сплавов плазмой в среде азота. Новокузнецк: ООО Полиграфист , 2022. 232 с.
Пат. № 2699488 РФ. Способ многослойной наплавки теплостойкими сталями высокой твердости в азотсодержащей среде / Малушин Н.Н., Романов Д.А., Осетковский В.Л., Ковалев А.П., Будовских Е.А., Валуев Д.В.; заявл. 29.02.2019; опубл. 05.09.2019. Бюл.№ 25.
Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия. 1983. 527 с.
Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. Москва: МИСиС, 1999. 408 с.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Василий Витальевич Почетуха, Людмила Петровна Бащенко, Анастасия Николаевна Гостевская, Евгений Александрович Будовских, Виктор Евгеньевич Громов, Александр Сергеевич Чапайкин
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
