vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38vsgiu-108Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsСТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОТПУСКАSTRUCTURE AND PROPERTIES OF PLASMA COATINGS FROM HIGH-SPEED STEEL AFTER HIGH-TEMPERATURE TEMPERINGhttps://orcid.org/0000-0003-0492-6188ПочетухаВасилий ВитальевичPochetukhaVasilii V.

к.т.н., старший преподаватель кафедры транспорта и логистики

Cand. Sci. (Eng.), Senior lecturer at the Department of Transport and Logistics 

v.pochetuha@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-1878-909XБащенкоЛюдмила ПетровнаBashchenkoLyudmila P.

к.т.н., доцент кафедры теплоэнергетики и экологии

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor of the Department. of Thermal Power Engineering and Ecology

luda.baschenko@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7328-5444ГостевскаяАнастасия НиколаевнаGostevskayaAnastasia N.

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Postgraduate student of the Department of Natural Sciences. Professor V.M. Finkel

lokon1296@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3795-0726БудовскихЕвгений АлександровичBudovskikhEvgenii A.

д.т.н., доцент, старший научный сотрудник

Dr. Sci. (Eng.), Assist. Professor, senior researcher

budovskikh@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5147-5343ГромовВиктор ЕвгеньевичGromovVictor E.

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Head of the Chair of Science named after V.M. Finkel’

gromov@physics.sibsiu.ruЧапайкинАлександр СергеевичChapaikinAleksandr S.

аспирант кафедры естественнонаучных дисциплин им. профессора В.М. Финкеля

Postgraduate student of the Department of Natural Sciences. Professor V.M. Finkel

tchapajkin.s@yandex.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian  State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университет Russian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial University Russian Federation202330092023033038Copyright © Почетуха В.В., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н., Будовских Е.А., Громов В.Е., Чапайкин А.С., 20252025Почетуха В.В., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н., Будовских Е.А., Громов В.Е., Чапайкин А.С.Pochetukha V., Bashchenko L., Gostevskaya A., Budovskikh E., Gromov V., Chapaikin A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.sibsiu.ru/jour/article/view/108

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.

In this article, metallographic studies of the structure of multilayer coatings of high-speed steel R19Yu, formed in a nitrogen atmosphere during a multilayer plasma transfer arc with flux-cored wire, were carried out using the methods of light and scanning electron microscopy on transverse sections. The coatings have a disoriented dendritic structure with a characteristic dimension of the first-order axes of 100 μm, which changes little with depth. A carbide network of eutectic carbides of the Me6C type is revealed in detail at high magnifications along the boundaries of solid solution grains with cell sizes in the range of 5–100 µm. The grid is bordered by a light layer of a homogeneous metal, apparently representing a low-alloyed ferrite. Small cells with characteristic dimensions of 5–10 µm have a homogeneous ferrite structure, while larger cells form an inner dark region that has an austenitic-martensitic structure with inclusions of finely acicular martensite. In larger cells, an inner dark region forms, which has an austenitic-martensitic structure with inclusions of equiaxed isolated carbides. Since the surfacing was carried out in a nitrogen atmosphere, the formation of nitrogen-containing carbides or carbonitrides in it should also be assumed. Under such crystallization conditions, complex carbides of the Fe3(W-Mo-N-V)3С type are also formed. The formation of nitrides Fe4N is also possible. The characteristic size of martensitic needles in it is 1–3 μm. After four high-temperature temperings at 560 °C, as a result of the decay of residual austenite, the formation of tempered martensite, and the precipitation of dispersed carbides, the total microhardness increases from 472 to 528 HV and its distribution becomes more homogenous. In this case, the growth of martensitic needles is observed in the range of 2 to 6 μm.

быстрорежущая стальплазменная наплавкалегированиеазототпускмикроструктуракарбидная фазаэвтектикаhigh speed steelplasma transfer arcalloyingnitrogentemperingmicrostructurecarbide phaseeutecticReferencesГладкий П.В., Переплетчиков Е.Ф., Рябцев И.А. Плазменная наплавка. Киев: Екотехно-логiя, 2007. 292 с.Gladkii P.V., Perepletchikov E.F., Ryabtsev I.A. Plasma transfer arc. Kiev: Ekotekhnologiya, 2007, 292 p. (In Russ.).Рябцев И.А., Сенченков И.К. Теория и практика наплавочных работ. Киев: Екотехнологiя, 2013. 400 с.Ryabtsev I.A., Senchenkov I.K. Theory and practice of surfacing works. Kiev: Ekotekhnologiya, 2013, 400 p. (In Russ.).Соснин Н.А., Ермаков С.А., Тополянский П.А. Плазменные технологии. Сварка, нанесение покрытий, упрочнение. Москва: Машиностроение, 2008. 406 с.Sosnin N.A., Ermakov S.A., Topolyanskii P.A. Plasma technologies. Welding, coating, hardening. Moscow: Mashinostroenie, 2008, 406 p. (In Russ.).Походня И.К., Шлепаков В.Н., Максимов С.Ю., Рябцев И.А. Исследования и разра-ботки ИЭС им. Е.О. Патона в области электродуговой сварки и наплавки порошковой проволокой (Обзор) // Автоматическая сварка. 2010. № 12 (692). С. 34–42.Pokhodnya I.K., Shlepakov V.N., Maksimov S.Yu., Ryabtsev I.A. Research and development of the E.O. Research and development of the STC Paton in the field of electric arc welding and surfacing with powder wire (Review). Avtomaticheskaya svarka. 2010, no. 12 (692), pp. 34–42. (In Russ.).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. 2020.09.562Sahoo A., Tripathy S. Development in plasma arc welding process: A review. Materials. Today: Proceedings. 2021, vol. 41, no. 2, pp. 363–368. https://doi.org/10.1016/j.matpr. 2020.09.562Ramkumar 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/s12666-016-0927-3Ramkumar 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, pp. 1317–1322. https://doi.org/10.1007/s12666-016-0927-3Fatima S., Khan M., 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/10.1177/146442 0715584392Fatima S., Khan M., 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, pp. 640–653. https://doi.org/ 10.1177/1464420715584392Wu 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.2013.06.004Wu 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, pp. 74–85. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2013.06.004Wang 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.2023.04.269Wang 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, pp. 8198–8240. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.04.269Wang 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.2020.123554Wang 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.2020.123554Lyu 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.2021.141268Lyu 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.2021.141268Wang 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. 2022.03.053Wang 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, pp. 1521–1533. https://doi.org/10.1016/j. jmrt.2022.03.053Chaus 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.2019.126605Chaus 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.2019.126605Chaus A.S., Braeík M., Sahul M., Do-mankova 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.2019.01.041Chaus A.S., Braeík M., Sahul M., Do-mankova M. Microstructure and properties of M2 high-speed steel cast by the gravity and vacuum investment casting. Vacuum. 2019, vol. 162, pp. 183–198 https://doi.org/10.1016/ j.vacuum.2019.01.041Chen 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 Sci-ence and Engineering: A. 2020. Vol. 771. Article 138628. https://doi.org/10.1016/j.msea. 2019.138628Chen 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. 2019.138628Yu 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 (825 K) high speed steel // Materials Science and Engineering: A. 2020. Vol. 787. Article 139480. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020. 139480Yu 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 (825 K) high speed steel. Materials Science and Engineering: A. 2020, vol. 787, article 139480. https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139480Hu 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/met12122168Hu 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/met12122168Wang 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.202100225Wang 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.202100225Ureña 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.2006.08.030Ureña 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, pp. 624 – 631. https://doi.org/10.1016 /j.jmatprotec.2006.08.030Коршунов Л.Г., Гойхенберг Ю.Н., Черненко Н.Л. Влияние кремния на структуру, трибологические и механические свойства азотсодержащих хромомарганцевых аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 96. № 5. С. 100–110.Korshunov L.G., Goykhenberg Yu.N., Cher-nenko N.L. Effect of silicon on the structure, tribological and mechanical properties of nitrogen-containing chromium-manganese austenitic steels. Physics of metals and metal science. 2003, vol. 96, no. 5, pp. 100–110.Вдовин К.Н., Никитенко О.А., Феок-тистов Н.А., Горленко Д.А. Изучение влияния азотированного феррованадия на параметры микроструктуры литых изделий из стали Гадфильда // Литейщик России. 2018. № 3. С. 23–27.Vdovin K.N., Nikitenko O.A., Feoktistov N.A., Gorlenko D.A. Research of the effect of nitrided ferrovanadium on the microstructure parameters of Gadfield steel cast products. Liteishchik Rossii. 2018, no. 3, pp. 23–27. (In Russ.).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.Emelyushin A.N., Petrochenko E. V., Nefed'ev S. P. Research of structure and impact-abrasive wear resistance of coatings of Fe-C-Cr-Mn-Si system, additionally doped with nitrogen. Svarochnoe proizvodstvo. 2011, no. 10, pp. 18–22. (In Russ.).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/byusu20210333-45Nefed'ev S.P., Emelyushin A.N. The in-fluence of nitrogen on the formation of the structure and properties of plasma coatings of type 10Р6М5. Bulletin of the Yugra State University. 2021, no. 3(62), pp. 33–45. https://doi.org/10.17816/byusu20210333-45 (In Russ.).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.Emelyushin A.N., Petrochenko E. V., Nefed'ev S. P. Comparison of structure and properties of cast and deposited wear-resistant materials. Liteinye protsessy. 2012, no. 11, pp. 141–145. (In Russ.).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.Malushin N.N., Gromov V.E., Romanov D.A., Bashchenko L.P., Peregudov O.A. Strengthening heat-resistant alloys with plasma in nitrogen medium. Novokuznetsk: OOO Poligrafist, 2022, 232 p. (In Russ.).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.Malushin N.N., Romanov D.A., Osetkovskii V.L., Kovalev A.P., Budovskikh E.A., Valuev D.V. Method of multilayer weld deposition with heat-resistant steels of high hardness in nitrogen-containing medium. Pat.RF2699488. Byulleten' izobretenii. 2019, no. 25. (In Russ.).Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия. 1983. 527 с.Geller Yu.A. Instrumental steels. Moscow: Metallurgiya. 1983, 527 p. (In Russ.).Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. Москва: МИСиС, 1999. 408 с.Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. Москва: МИСиС, 1999. 408 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.