СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВА БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ИМПУЛЬСНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-2(48)-43-52Ключевые слова:
быстрорежущая сталь, магнитно-импульсная обработка, электронно-пучковая обработкаАннотация
Методами современного физического материаловедения проведен сравнительный анализ структуры, фазового состава и механических свойств (микротвердости) быстрорежущей стали марки Р18 после магнитно-импульсной и электронно-пучковой обработок. Магнитно-импульсная обработка образцов стали в отожженном состоянии проводилась на установке МИУ 10/30 при значении энергии магнитного поля индуктора 40 кДж, количество импульсов 6, длительность импульса 200 мкс, частота следования 20 кГц. Электронно-пучковой обработке подвергали образцы, полученные плазменно-дуговой наплавкой и подвергнутые четырехкратному высокотемпературному отпуску. Режим электронно-пучковой обработки: плотность энергии пучка электронов 30 Дж/см2, длительность импульса пучка электронов 50 мкс, количество импульсов облучения 5 имп., частота следования импульсов 0,3 с-1. При воздействии импульсного магнитного поля в поверхностном слое стали толщиной примерно 100 мкм наблюдалось измельчение карбидов с 13,2 до 2,9 мкм и формирование мелкоигольчатого мартенсита размерами от 200 до 1 нм, объемная доля которого составляет 0,54. Это обуславливает высокие значения микротвердости: до 5,7ГПа. Электронно-пучковая обработка отпущенных образцов также приводит к дроблению карбидов в поверхностном слое 50 мкм до размеров 10 –45 нм и формированию ячеистой субмикроструктуры размерами 100 –250 нм. Установлено, что основными механизмами упрочнения являются упрочнение мартенситной структурой в случае магнитно-импульсной обработки и ячеистой субструктурой при обработке электронным пучком. Полученные результаты могут быть использованы для разработки комбинированных видов обработки, которые сочетают импульсное магнитное поле и электронных пучок.
Библиографические ссылки
Wang Y., Mao B., Chu S., Chen S., Xing H., Zhao H., Wang S., Wang Y., Zhang J., Sun B. Advanced manufacturing of high-speed steels: A critical review of the process design, micro-structural evolution, and engineering perfor-mance. Journal of Materials Research and Technology. 2023;24:8198‒8240.https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.269
Zhipeng C., Xinquan H. Residual stress reduc-tion by combined treatment of pulsed magnetic field and pulsed current. Materials Science and Engineering: A.2011;528(19-20):6287‒6292. https://doi.org/10.1016/j.msea.2011.04.078
Yang Y., Yang Y., Liao C., Yang G., Qin Y., Li Q., Wu M. Enhancing tribological performance of cemented carbide (WC-12Co) by pulsed magnetic field treatment and magnetofluid. Tribology Inter-national. 2021;161:107086.https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107086
Yongfang Zhang, Chongyang Fang, Yanfei Huang, Weiling Guo, Zhiguo Xing, Haidou Wang, Zhinan Zhang. Enhancement of fatigue performance of 20Cr2Ni4A gear steel treated by pulsed magnetic treatment: influence mech-anism of residual stress. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2021;540:168327. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168327
Shao Q., Wang G., Wang H., Xing Z., Fang C., Cao Q. Improvement in uniformity of alloy steel by pulsed magnetic field treatment. Mate-rials Science and Engineering: A. 2021;799:140143. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140143
Qian C., Li K., Rui S.-S., Hou M., Zhang X., Wu Y., Cai Z. Magnetic induced re-dissolution and microstructure modifications on mechanical properties of Cr4Mo4V steel subjected to pulsed magnetic treatment. Journal of Alloys and Compounds.2021;881:160471.https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2021.160471
Алифанов А.В., Попова Ж.А. Механизм упрочнения легированных сталей в импуль-сном магнитном поле. Литье и металлур-гия. 2012;(4(68)):151‒155.
Алифанов А.В., Ционенко Д.А., Милюкова А.М.,Ционенко Н.М. Магнитострикционный ме-ханизм образования мелкодисперсной структуры в стальных изделиях при магнитно-импульсном воздействии. Весці На-цыянальнай акадэміі навук Беларусі. Серыя фізіка-тэхнічных навук. 2016;(4):31–36.
Полетаев В.А., Потемкин Д.А. Энергетиче-ский анализ влияния магнитного поля на механические свойства стали. Вестник ИГЭУ. 2007;(3):1–4.
Ma L., Zhao W., Liang Z., Wang X., Xie L., Jiao L., Zhou T. An investigation on the me-chanical property changing mechanism of high speed steel by pulsed magnetic treatment. Ma-terials Science and Engineering: A.2014;609:16–25. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.04.100
Формирование структурно-фазовых состоя-ний металлических сплавов при магнитно-импульсной обработке / В.Л. Володин, О.Л. Хасанов, Т.В. Володин, В.Е. Громов, С.В. Коновалов. Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2011:221.
Гагарин А.Ю., Сарычев В.Д., Черемушкина Е.В., Грановский А.Ю., Громов В.Е. Им-пульсное магнитное поле для создания на поверхности металлов полей высоких температур. Вестник Тамбовского универси-тета. СерияЕстественные и технические науки. 2016;21(3):926–929.
Gao B., Hu L., Li S., Y. Hao, Y. Zhang, Tu G. Study on the nanostructure formation mecha-nism of hypereutectic Al–17.5 Si alloy induced by high current pulsed electron beam. Applied Surface Science. 2015;346:147‒157.
Cao X., Hu J., Huo W., Xi X., Zhao W. Sur-face microstructure and property modifications in AISI 304 stainless steel induced by pseu-dospark pulsed electron beam treatments. Vac-uum.2021;184:109914.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109914
Maier A.E., Yalovets A.P. Mechanical stresses in an irradiated target with a disturbed surface. Tech. Phys. 2006;51:459–465.
Wang R., Cui H., Huang J., Jiang H. Effect of the continuous electron beam process treatment in the surface modification of T10 steel. Nu-clear Instruments and Methods in Physics Re-search Section B: Beam Interactions with Ma-terials and Atoms.2018;436:29–34. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2018.09.004
Ormanova M., Petrov P., Kovacheva D. Elec-tron beam surface treatment of tool steels. Vacuum. 2017;135:7‒12.https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2016.10.022
Wei Y., Qi S., Wang Y., Chu X., Sun Z., Wang J., Zhang L., Jia W., Yang X., Liu S. Microstructural evolution and tribological properties of M2 high-speed steel fabricated under vari-ous selective electron beam melting processing parameters. Tribology International. 2023;187:108749. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2023.108749
Малушин Н.Н., Романов Д.А., Ковалев А.П., Осетковский В.Л., Бащенко Л.П. Структурно-фазовое состояние теплостойкого сплава вы-сокой твердости, сформированного плазменной наплавкой в среде азота и высокотемпе-ратурным отпуском. Известия вузов. Физика. 2019;62(10(742)):106–111.
Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Pub-lishing, 2016:196.
Saltykov S.A. Stereometric Metallography. Fort Belvoir: Defense Technical Information Center. 1976;3:376.
Гайдук В.В., Роккель В.Р., Гайдук Д.В., Воло-дин В.Л., Володин Т.В. Поверхностное упроч-нение материалов с помощью магнито-импульсной установки. Сталь.2004(7):87–89.
Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. Москва: Метал-лургия, 1979:208.
Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Индукторы для индукционного нагрева. Ленинград: Энергия, 1974:264.
Samokhin A.A., Il’ichev N.N., Pivovarov P.A., Sidorin A.V. Laser vaporisation of absorbing liq-uid under transparent cover. Bulletin of the Lebe-dev Physics Institute.2016;43(5):156‒159.
Иванов Ю.Ф., Чапайкин А.С., Гусева Т.П., Романов Д.А., Громов В.Е. Преобразование структуры и свойств наплавки Р18Ю после высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки. Проблемы черной ме-таллургии и материаловедения. 2023;3:62–79.
Трефилов В.И., Моисеев В.Ф., Печковский Э.П.,Горная И.Д., Васильев А.Д. Деформационное упрочнение и разрушение поликристалличе-ских материалов. Киев: Наукова думка, 1989:256.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 Тарас Витальевич Володин, Сергей Андреевич Невский, Виктор Евгеньевич Громов, Людмила Петровна Бащенко, Диана Витальевна Шамсутдинова
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
