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)-43-50vsgiu-16Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsМОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ НАПЛАВКА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ‒ ПОДЛОЖКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКОЙMODIFICATION OF TRANSITION ZONE STRUCTURE OF HIGH-SPEED STEEL SURFACING ‒ SUBSTRATE BY ELECTRON-BEAM TREATMENThttps://orcid.org/0000-0002-5147-5343ГромовВиктор ЕвгеньевичGromovViktor E.

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественных наук имени профессора В.М. Финкеля

Dr. Sci. (Phys. and Math.), Prof., Head of the Department of Natural Sciences named after Professor V.M. Finkel

gromov@physics.sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9932-4755ЮрьевАлексей БорисовичYuriev,Alexey B.

д.т.н., профессор, ректор, 

 Dr. Sci. (Eng.), Prof., Rector

rector@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8022-7958ИвановЮрий ФедоровичIvanovYurii F.

д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник

 

Dr. Sci. (Phys. and Math.), Prof., Leading Researcher

yufi55@mail.ruМиненкоСергей СергеевичMinenkoSergey S.

соискатель кафедры естественных наук имени профессора В.М. Финкеля

applicant for the Department of Natural Sciences named after. Professor V.M. Finkel

mss121278@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4809-8660КоноваловСергей СергеевичKonovalovSergey V.

д.т.н., профессор, проректор по научной и инновационной деятельности

Dr. Sci. (Eng.), Prof., vice-rector for Research and Innovation

konovalov@sibsiu.ruСибирского государственного индустриального университетаРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАНRussian FederationInstitute of High-Current Electronics SB RASRussian FederationСибирский государственный университетRussian FederationSiberian State UniversityRussian Federation202530032025014350Copyright © Громов В.Е., Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Миненко С.С., Коновалов С.С., 20252025Громов В.Е., Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Миненко С.С., Коновалов С.С.Gromov V., Yuriev, A., Ivanov Y., Minenko S., Konovalov S.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/16

С помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии проведен анализ структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры переходной зоны плазменной наплавки нетокопроводящей порошковой проволокой в среде азота быстрорежущей стали марки Р2М9 на подложке из среднеуглеродистой стали марки 30ХГСА в исходном состоянии, после высокотемпературного отпуска и электронно-лучевой обработки. Сформированный наплавленный слой толщиной примерно 5 мм имеет каркасную карбидную структуру, которая не разрушается при последующих отпусках и облучении импульсными электронными пучками. Независимо от состояния исследуемого материала в переходной зоне наплавленный слой – подложка формируется мартенситная структура с остаточным аустенитом, расположенным по границам мартенситных пластин в виде отдельных зерен субмикронных размеров. В переходной зоне выявлены наноразмерные частицы карбидной фазы различной морфологии (пластины, глобулы, сферы), расположенные по границам зерен мартенситных кристаллов и аустенитных прослоек. Выявлены карбиды Fe3C, V2C, W2C, CrC, Cr32C2, Cr7C3, MoC, Mo2C, Fe3W3C и Fe6W6C, элементный состав которых определяется сложным составом наплавки. Облучение переходной зоны импульсным электронным пучком приводит к высокоскоростному упрочнению материала с образованием мартенситной структуры преимущественно пластинчатой морфологии. В объеме мартенситных пластин обнаружены частицы карбида хрома CrC.

The structural-phase states and defect substructure of transition zone of plasma surfacing with non-current flux-cored wire in the nitrogen medium of R2M9 high-speed steel on the substrate of medium-carbon steel 30HGSA in the initial state, after high-temperature tempering and electron beam treatment were analyzed using scanning and transmission electron microscopy. The formed deposited layer with a thickness of ~5 mm has a frame-type carbide structure, which is not fractured during subsequent tempering and pulsed electron beams irradiation. Regardless of the state of the studied material, a martensitic structure with retained austenite, located along the boundaries of martensite plates and in the form of individual grains of submicron sizes, is formed in the “deposited layer – substrate” transition zone. Nanosized particles of the carbide phase of various morphologies (plates, globules, spheres), located along the grain boundaries of martensite crystals and austenite layers, were identified in the transition zone. Carbides Fe3C, V2C, W2C, CrC, Cr32C2, Cr7C3, MoC, Mo2C, as well as carbides such as Fe3W3C and Fe6W6C, the elemental composition of which is determined by the complex composition of the surfacing, were identified. Irradiation of the transition zone with a pulsed electron beam leads to high-speed hardening of the material with the formation of martensite structure of predominantly lamellar morphology. In the volume of martensite plates, particles of chromium carbide of composition CrC were detected.

наплавленный слойэлектронная микроскопияпереходная зонаотпускимпульсный электронный пучокструктурасвойстваdeposited layerelectron microscopytransition zonetemperingpulsed electron beamstructurepropertiesReferencesГромов В.Е., Чапайкин А.С., Невский С.А. Структура, свойства и модели быстрорежущей стали после отпуска и электронно-лучевой обработки. Новокузнецк: Полиграфист, 2024:171.1. Gromov V.E., Chapaikin A.S., Nevskii S.A. Structure, properties and models of high-speed steel after tempering and electron beam treatment. Novokuznetsk: Polygraphist, 2024:171. (In Russ.).Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Потекаев А.И., Гусева Т.П., Чапайкин А.С., Ващук Е.С. Структура и свойства наплавки Р18У на быстрорежущую сталь после ее высокого отпуска. Физический журнал. 2023 66:731‒739. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-wIvanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P., Chapaikin A.S., Vashchuk E.S. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal 2023;66:731‒739. (In Russ.). https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-wНефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазмен-ная закалка поверхности. Старый Оскол: Издательский дом «ТНТ», 2021:156.Nefedyev S.P., Emelyushin A.N. Plasma surface hardening. Stary Oskol: Publishing house “TNT”, 2021:156. (In Russ.).Мозговой И.В., Шнейдер Е.А. Наплавка быстрорежущей стали. Омск: Изд-во «ОмГТУ», 2016:200.Mozgovoy I.V., Shneider E.A. Surfacing of high-speed steel. Omsk: Publishing house “OmSTU”, 2016:200. (In Russ.).Chaus A.S., Pokorný P., Čaplovič Ľ., Sitkevich M.V., Peterka J. Complex fine-scale diffusion coating formed at low temperature on high-speed steel substrate. Appl Surf Sci. 2018;437:257–270. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.12.173Chaus A.S., Pokorný P., Čaplovič Ľ., Sitkevich M.V., Peterka J. Complex fine-scale diffusion coating formed at low temperature on high-speed steel substrate. Appl Surf Sci. 2018;437:257–270. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.12.173Krukovich M.G., Prusakov B.A., Sizov I.G. Plasticity of boronized layers. Cham: Springer, 2016:364.Krukovich M.G., Prusakov B.A., Sizov I.G. Plasticity of boronized layers. Cham: Springer, 2016:364.Edenhofer B., Joritz D., Rink M., Voges K. Carburizing of steels. In: Thermochemical Surface Engineering of Steels. Woodhead Publishing, 2015:485–553.Edenhofer B., Joritz D., Rink M., Voges K. Carburizing of steels. In: Thermochemical Surface Engineering of Steels. Woodhead Publishing, 2015:485–553.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.https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.08.003Kottfer D., Ferdinandy M., Kaczmarek L., Maňková I., Beňo J. Investigation of Ti and Cr based PVD coatings deposited onto HSS Co 5 twist drills. Appl Surf Sci. 2013;282:770–776.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. Appl Surf Sci. 2013;282:770–776.Gerth J., Wiklund U. The influence of metallic interlayers on the adhesion of PVD TiN coatings on high-speed steel. Wear 2008;264:885–892.Gerth J, Wiklund U. The influence of metallic interlayers on the adhesion of PVD TiN coatings on high-speed steel. Wear. 2008;264:885–892.Chaus A.S., Rudnitskii F.I. Structure and Properties of Cast Rapidly Cooled High-Speed Steel R6M5. Metals Science and Heat Treatment 2003;45:157–162.Chaus A.S., Rudnitskii F.I. Structure and Properties of Cast Rapidly Cooled High-Speed Steel R6M5. Metals Science and Thermal Treatment. 2003;45:157–162.Geller Yu.A. Tool steels. Moscow: Metallurgy, 1983:527. (In Russ.).Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия, 1983:527.Nefedyev S.P., Emelyushin A.N. The influence of nitrogen on the formation of the structure and properties of plasma coatings of the 10P6M5 type. Bulletin of the Yugra State University 2021;3(62):33–45. (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):33–45.Pochetukha V.V., Baschenko L.P., Gostevskaya A.N., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Chapaikin A.S. Structure and properties of plasma coatings from high-speed steel after high-temperature tempering. Bulletin of the Siberian State Industrial University. 2023;3(45):30‒38. (In Russ.). https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38Почетуха В.В., Бащенко Л.П., Гостевская А.Н., Будовских Е.А., Громов В.Е., Чапайкин А.С. Структура и свойства плазменных покрытий из быстрорежущей стали после высокотемпературного отпуска. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2023;3(45):30‒38. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38Gromov V.E., Kobzareva T.Yu., Ivanov Yu.F., Budovskikh E.A., Bashchenko L.P. Surface Modification of Ti Alloy by Electro-explosive Alloying and Electron-Beam Treatment. AIP Conference Proceedings 2016;1698:030006. (In Russ.). https://doi.org/10.1063/1.4937828Громов В.Е., Кобзарева Т.Ю., Иванов Ю.Ф., Будовских Е.А., Бащенко Л.П. Модификация поверхности сплава Ti методом электровзрывного легирования и электронно-лучевой обработки. В кн.: Труды конференции AIP. 2016;1698:030006. https://doi.org/10.1063/1.4937828Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Glezer A.M., Kormyshev V.E., Konovalov SV. Electron-Beam Modification of a Surface Layer Deposited on Low-Carbon Steel by Means of Arc Spraying. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics 2017; 81(1): 1353-1359. (In Russ.).Громов В.Е., Иванов Ю.Ф., Глезер А.М., Кормышев В.Е., Коновалов С.В. Электронно-лучевая модификация поверхностного слоя, нанесенного на малоуглеродистую сталь методом дугового напыления. Известия Российской академии наук: Физика. 2017;81(1):1353‒1359Koval’ N.N., Ivanov Yu.F. 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. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке. Томск: НТЛ, 2016:298.Koval’ N.N., Ivanov Yu.F. Nanostructuring of surfaces of metalloceramic and ceramic materials by electron-beams. Russian Physics Journal. 2008;51(5):60‒70. (In Russ.).Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхностей металлокерамических и керамических материалов электронными пучками. Физический журнал. 2008;51(5):60‒70.Ivanov Yu.F., Chapaikin A.S., Guseva T.P., Romanov D.A., Gromov V.E. Transformation of the structure and properties of R18Yu surfacing after high-temperature tempering and electron beam treatment. Problems of ferrous metallurgy and materials science. 2023;3:62‒79. (In Russ.).Иванов Ю.Ф., Чапайкин А.С., Гусева Т.П., Романов Д.А., Громов В.Е. Трансформация структуры и свойств наплавки Р18Ю после высокотемпературного отпуска и электронно-лучевой обработки. Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2023;3:62‒79.Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing, 2016:196.Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing, 2016:196.Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.

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