старший преподаватель, заместитель директора Института открытого образования
Senior Lecturer, Deputy Director of the Institute of Open Education
научный сотрудник лаборатории электронной микроскопиии и обработки изображений
Researcher, Laboratory of EMIOI, Lecturer
д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. проф. В.М. Финкеля
Dr. Sci. (Phys.-Math.), Prof., Head of the Chair of Science named after V.M. Finkel’
д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник
Dr. Sci. (Phys.-Math.), Chief Researcher
аспирант
Postgraduate Student
Методами современного физического материаловедения изучена структура и свойства поверхности плазменного наплавленного слоя в среде азота быстрорежущей молибденовой сталью на подложку из среднеуглеродистой стали марки 30ХГСА. Наплавленный слой облучался импульсными электронными лучами со следующими параметрами: плотность энергии 30 Дж/см2; длительность одного воздействия 50 мкс; частота 0,3 Гц; число импульсов 10. В исходном состоянии поверхностные слои содержат поликристаллическую структуру дендритного типа с неоднородным распределением молибдена, хрома, алюминия, азота и кислорода, окруженную развитой сеткой ледебуритной эвтектики. Относительное содержание элементов (кроме марганца, углерода и кислорода) снижается по мере приближения к подложке. Микротвердость наплавленного слоя составляет 5,6 МПа, которая при однократном высокотемпературном отпуске возрастает до 6,2 МПа, а при двукратном ‒ до 7,2 МПа. Электронно-лучевое импульсное воздействие, выполненное после двукратного высокотемпературного отпуска, модифицирует структуру и свойства. Выявлено квазиоднородное распределение легирующих элементов, формирование мелкозернистой структуры с размером зерен 4 ‒ 6 мкм, в объеме которых обнаружен мартенсит пластинчатого типа. Ранее сформированная структура дендритной кристаллизации не наблюдалась. Микротвердость наплавленного слоя после электронно-лучевой обработки возрастает и достигает 8,7 МПа, что почти в 2 раза превышает микротвердость подложки. Выявленные закономерности изменения нанотвердости и модуля Юнга от расстояния до поверхности облучения подтверждают развиваемые представления о природе упрочнения плазменного наплавленного слоя быстрорежущей молибденовой сталью.
The structure and properties of the surface of a plasma-deposited layer in a nitrogen environment of high-speed molybdenum steel on a substrate of medium-carbon steel grade 30KhGSA were studied using modern physical materials science methods. The deposited layer was irradiated with pulsed electron beams with the following parameters: energy density of 30 J/cm2, duration of one exposure of 50 μs, frequency of 0.3 Hz, number of pulses of 10. In the initial state, the surface layers contain a polycrystalline structure of the dendritic type with a non-uniform distribution of molybdenum, chromium, aluminum, nitrogen and oxygen, surrounded by a developed network of ledeburite eutectic. The relative content of elements (except for Mn, C and O2) decreases as it approaches the substrate. The microhardness of the deposited layer is 5.6 MPa, which increases to 6.2 MPa after a single high-temperature tempering, and to 7.2 MPa after a double tempering. Electron-beam pulsed action performed after a double high-temperature tempering modifies the structure and properties. A quasi-homogeneous distribution of alloying elements, the formation of a fine-grained structure with a grain size of 4 ‒ 6 μm, in the volume of which lamellar martensite was found, were revealed. The previously formed structure of dendritic crystallization is not observed. The microhardness of the deposited layer after electron-beam treatment increases and reaches 8.7 MPa, which is almost 2 times higher than the microhardness of the substrate. The revealed patterns of change in nanohardness and Young's modulus from the distance to the irradiation surface confirm the developed ideas about the nature of hardening of the plasma deposited layer of high-speed molybdenum steel.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.