vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-1(51)-15-24vsgiu-13Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsМАГНИТО-ИМПУЛЬСНАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ Р6М5: СТРУКТУРА И СВОЙСТВАMAGNETIC PULSE TREATMENT OF STEEL P6M5 STRUCTURE AND PROPERTIEShttps://orcid.org/0000-0002-4861-0778СарычевВладимир ДмитриевичSarychevVladimir D.

к.т.н., ведущий научный сотрудник Управления научных исследований

Dr. Sci. (Eng.), Senior Researcher at the Department of Scientific Research

sarychev_vd@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0008-1160-675XВолодинТарас ВитальевичVolodinAras V.

соискатель

 

TPhD candidate

volodin_tv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5147-5343ГромовВиктор ЕвгеньевичGromovViktor 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.ruhttps://orcid.org/0009-0006-4583-8431ГрановскийАлексей ЮрьевичGranovskyAlexey Yu.

к.т.н., старший научный сотрудник Управления научных исследований

Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher at the Department of Scientific Research

legatokun@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-0271-5504ИвановЮрий ФедоровичIvanovYuri F.

д.ф.-м.н., главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Phys.-Math.), Chief Researcher

yufi55@mail.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberianStateIndustrialUniversityRussian FederationСибирский государственный индустриальный университетRussian FederationSiberian State Industrial UniversityRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАНRussian FederationInstitute of High-Current Electronics SBRASRussian Federation202530032025011524Copyright © Сарычев В.Д., Володин Т.В., Громов В.Е., Грановский А.Ю., Иванов Ю.Ф., 20252025Сарычев В.Д., Володин Т.В., Громов В.Е., Грановский А.Ю., Иванов Ю.Ф.Sarychev V., Volodin a., Gromov V., Granovsky A., Ivanov Y.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/13

Проведена магнитно-импульсная обработка (МИО) кольцевого образца стали марки Р6М5. Результаты рентгеноструктурного и рентгенофазового анализов исследуемых образцов свидетельствуют о том, что основной фазой материала до и после магнито-импульсного воздействия является α-фаза Fe. В исходном состоянии концентрация углерода в α-фазе составляет 0,040 %, после магнитно-импульсной обработки концентрация углерода ‒ 0,082 % (таким образом формируется пересыщенный по углероду твердый раствор). При магнито-импульсной обработке происходит уменьшение области когерентного рассеяния (ОКР) α-фазы в 2,1 раза и γ-фазы в 1,5 раза. В α-фазе увеличивается микроискажения кристаллической решетки фаз (Dd/d) в десять раз, в γ-фазе уменьшается в 1,6 раз. В ходе изучения травленого шлифа методами сканирующей электронной микроскопии показано, что карбидные включения имеют глобулярную форму и расположены в объеме стали хаотическим образом. Методами микрорентгеноспектрального анализа установлено, что независимо от места анализа рассматриваемого включения обогащены атомами вольфрама, молибдена и железа, могут являться карбидами сложного состава типа Ме6С. Исследования структуры травленого шлифа стали марки Р6М5, выполненные методами сканирующей электронной микроскопии, выявили визуальные различия в размерах включений карбидной фазы.

In this work, magnetic-pulse treatment (MPT) of a ring sample of P6M5 steel was carried out. The results of X-ray structural and X-ray phase analysis of the studied samples indicate that the main phase of the studied material before and after magnetic-pulse action is the α-phase of Fe. In the initial state, the concentration of carbon in the α-phase is 0,040 %. After magnetic-pulse treatment, the carbon concentration is 0,082 %, and thus a solid solution supersaturated with carbon is formed. During magnetic-pulse treatment, the size of the coherent scattering regions (CSR) of the α-phase decreases by 2,1 times and of the γ-phase by 1,5 times. In the α-phase, the value of microdistortions of the crystal lattice of the phases (Δd/d) increases by ten times, in the γ-phase it decreases by 1,6 times. During the study of the etched section using scanning electron microscopy methods, it was shown that the carbide inclusions have a globular shape and are located in the volume of the steel in a chaotic manner. Using micro-X-ray spectral analysis methods, it was established that, regardless of the location of analysis, these inclusions are enriched with atoms of tungsten, molybdenum and iron and may be carbides of complex composition of the Mе6C type. 

магнитно-импульсная обработкасталь марки Р6М5α-фаза Feобласть когерентного рассеяниякарбидные включениятрибологические свойстваmagnetic pulse treatmentsteel P6M5α-phase Fecoherent scattering regioncarbide inclusionstribological propertiesReferences1. Wu W., Chen W., Yang S., Lin Y., Zhang S., Cho T-Y., Lee G.H., Kwon S.-Ch. Design of AlCrSiN multilayers and nanocomposite coating for HSS cutting tools. Appl. Surf. Sci. 2015;351:803–810.Wu W., Chen W., Yang S., Lin Y., Zhang S., Cho T-Y., Lee G.H., Kwon S.-Ch. Design of AlCrSiN multilayers and nanocomposite coating for HSS cutting tools. Appl. Surf. Sci. 2015;351:803–810.Cho I.S., Amanov A., Kim J.D. The effects of AlCrN coating, surface modification and their combination on the tribological properties of high speed steel under dry conditions. Tribol. Int. 2015;81:61–72.Cho I.S., Amanov A., Kim J.D. The effects of AlCrN coating, surface modification and their combination on the tribological properties of high speed steel under dry conditions. Tribol. Int. 2015;81:61–72.Kottfer D., Ferdinandy M., Kaczmarek L., Maňková I., Beňo J. Investigation of Ti and Cr based PVD coatings deposited onto HSS Co 5 twist drills. Applied Surface Science. 2013;282:770–776. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.06.051Kottfer D., Ferdinandy M., Kaczmarek L., Maňková I., Beňo J. Investigation of Ti and Cr based PVD coatings deposited onto HSS Co 5 twist drills. Applied Surface Science. 2013;282:770–776. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.06.051Gerth J., Wiklund U. The influence of metallic interlayers on the adhesion of PVD TiN coatings on high-speed steel. Wear. 2008;264:885–892. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.11.053Gerth J., Wiklund U. The influence of metallic interlayers on the adhesion of PVD TiN coatings on high-speed steel. Wear. 2008;264:885–892. https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.11.053Chaus A.S., Rudnitskii F.I. Structure and Pro-perties of Cast Rapidly Cooled High-Speed Steel R6M5. Metal Science and Heat Treatment. 2003;45:157–162. http://doi.org/10.1023/A:1025997100645Chaus A.S., Rudnitskii F.I. Structure and Properties of Cast Rapidly Cooled High-Speed Steel R6M5. Metal Science and Heat Treatment. 2003;45:157–162. http://doi.org/10.1023/A:1025997100645Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ. 2016:298.Kovalya N.N., Ivanova Yu.F. ed. Evolution of the structure of the surface layer of steel subjected to electron-ion-plasma treatment. Tomsk:NTL. 2016:298. (In Russ.).Коваль Н.Н. Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металлокерамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке. Известия вузов. Физика. 2008;51(5):60–70. EDN: IXVYKN.Koval' N.N. Ivanov Yu.F. . Nanostructuring of the surface of metal-ceramic and ceramic materials using pulsed electron-beam processing Izvestiya vuzov. Fizika. 2008;51(5):60–70. (In Russ.). EDN: IXVYKN.Чапайкин А.С., Громов В.Е., Чжан П., Иванов Ю.Ф., Крюков Р.Е., Шляров В.В., Семин А.П. Структурно-фазовые состояния и свойства плазменной наплавки быстрорежущей сталью в среде азота. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2024;1(47):35–47. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-35-47Chapaikin A.S., Gromov V.E., Chzhan P., Ivanov Yu.F., Kryukov R.E., Shlya-rov V.V., Semin A.P. Structural-phase states and properties of plasma surfacing of high-speed steel in a nitrogen environment. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta. 2024;1(47):35–47. (In Russ.). http://doi.org/10.57070/2304-4497-2024-1(47)-35-47Володин В.А., Сарычев В.Д., Гудимова Л.Н., Яницкий И.Е. Влияние импульсных магнитных полей на структуру и свойства металлических сплавов. Известия вузов. Черная металлургия. 1990;10:77–79.Volodin V.A., Sarychev V.D., Gudimova L.N., Yanitskii I.E. The influence of pulsed magnetic fields on the structure and properties of metal alloys. Izvestiya vuzov. Chernaya metallurgiya. 1990;10:77–79. (In Russ.),Володин В.Л., Хасанов О.Л., Володин Т.В., Громов В.Е., Коновалов С.В. Формирование структурно-фазовых состояний металлических сплавов при магнитно-импульсной обработке. Новокузнецк: Изд-во «Интер-Кузбасс», 2011:221.Volodin V.L., Khasanov O.L., Volodin T.V., Gromov V.E., Konovalov S.V. Formation of structural-phase states of metal alloys during magnetic-pulse treatment. Novokuznetsk: Izd-vo «Inter-Kuzbass», 2011:221. (In Russ.).Volodin V.L., Kon'kov Yu.D., Gaiduk V.V., Volodin T.V., Sarychev V.D. Resistance to fatigue failure of bimetals after pulsed treatment with electric currents in an alternating magnetic field. Steel in Translation. 2002;32(2):68–74.Volodin V.L., Kon'kov Yu.D., Gaiduk V.V., Volodin T.V., Sarychev V.D. Resistance to fatigue failure of bimetals after pulsed treatment with electric currents in an alternating magnetic field. Steel in Translation. 2002;32(2):68–74.Гагарин А.Ю., Сарычев В.Д., Черемушкина Е.В., Грановский А.Ю., Громов В.Е. Импульсное магнитное поле для создания на поверхности металлов полей высоких температур. Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2016;21(3):926–929.Gagarin A.Yu., Sarychev V.D., Cheremushkina E.V., Granovskii A.Yu., Gromov V.E. Pulsed magnetic field for creating high temperature fields on the surface of metals. Vestnik Tam-bovskogo universiteta. Seriya: Estestvennye i tekhnicheskie nauki. 2016;21(3):926–929. (In Russ.).Алифанов А.В., Ционенко Д. А., Милюкова А.М. Физика процесса магнитно-импульсного упрочнения стальных изделий, расчет ин-дукторов и параметров процесса. В кн. Перспективные материалы и технологии. Витебск: ВГТУ, 2017:31–52.Alifanov A.V., Tsionenko D. A., Milyukova A. M. Physics of the process of magnetic pulse hardening of steel products, calculation of inductors and process parameters. In.: Advanced materials and technologies. Vitebsk: VGTU. 2017:31–52. (In Russ.).Kostyk K., Kuric I., Saga M., Kostyk V., Ivanov V., Kovalov V., Pavlenko I. Impact of Magnetic- Pulse and Chemical-Thermal Treatment on Alloyed Steels’ Surface Layer. Applied Sciences. 2022;12(1):469. https://doi.org/10.3390/app12010469Kostyk K., Kuric I., Saga M., Kostyk V., Ivanov V., Kovalov V., Pavlenko I. Impact of Magnetic- Pulse and Chemical-Thermal Treatment on Alloyed Steels’ Surface Layer. Applied Sciences. 2022;12(1):469.Stolyarov V., Misochenko A.A. Pulsed Current Application to the Deformation Processing of Materials. Materials. 2023;16(18):6270. https://doi.org/10.3390/ma16186270https://doi.org/10.3390/app12010469Fasiska E.J., Wagenblat H. Dilatation of alpha-iron by carbon. Trans. Met. Soc. AIME. 1967;239(11):1818–1820.Stolyarov V., Misochenko A.A Pulsed Current Application to the Deformation Processing of Materials. Materials. 2023;16(18):6270.Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. Москва: Наука. 1977:236.https://doi.org/10.3390/ma16186270Ridley N., Stuart H., Zwell L. Lattice parameter of Fe ‒ C austenite of room temperature. Trans. Met. Soc. AIME. 1969;246(8):1834–1836.Fasiska E.J., Wagenblat H. Dilatation of alpha-iron by carbon. Trans. Met. Soc. AIME. 1967;239(11):1818–1820.Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Попова Н.Н., Коновалов С.В., Конева Н.А. Структурно-фазовые состояния и механизмы упрочнения деформированной стали. Новокузнецк: Полиграфист. 2016:510. EDN: ZQOUNB.Kurdyumov V.G., Utevskii L.M., Entin R.I. Transformations in iron and steel. Moscow: Nauka. 1977:236. (In Russ.).Конева Н.А., Киселева С.Ф., Попова Н.А. Эволюция структуры и внутренние поля напряжений. Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing RU. 2017:148.Ridley N., Stuart H., Zwell L. Lattice parameter of Fe‒C austenite of room temperature. Trans. Met. Soc. AIME. 1969;246(8):1834–1836.Попова Н.А., Громов В.Е., Порфирьев М.А., Иванов Ю.Ф., Никоненко Е.Л., Невский С.А. Механизмы упрочнения тяжелонагруженных рельсов из заэвтектоидной стали при длительной эксплуатации. Вопросы мате-риаловедения. 2024;1(117):20–39.Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Popova N.N., Konovalov S.V., Koneva N.A. Structural-phase states and strengthening mechanisms of deformed steel. Novokuznetsk: Poligrafist. 2016:510. (In Russ.). EDN: ZQOUNB.Koneva N.A., Kiseleva S.F., Popova N.A. Evolution of structure and internal stress fields. Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing RU. 2017:148. (In Russ.).Koneva N.A., Kiseleva S.F., Popova N.A. Evolution of structure and internal stress fields. Saarbrucken: LAP Lambert Academic Publishing RU. 2017:148. (In Russ.).Popova N.A., Gromov V.E., Porfir'ev M.A., Ivanov Yu.F., Nikonenko E.L., Nevskii S.A. Mechanisms for strengthening heavily loaded hypereutectoid steel rails during long-term operation. Voprosy materialovedeniya. 2024;1(117):20–39. (In Russ.).Popova N.A., Gromov V.E., Porfir'ev M.A., Ivanov Yu.F., Nikonenko E.L., Nevskii S.A. Mechanisms for strengthening heavily loaded hypereutectoid steel rails during long-term operation. Voprosy materialovedeniya. 2024;1(117):20–39. (In Russ.).

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