vsgiuВестник Сибирского государственного индустриального университетаBulletin of the Siberian State Industrial University2304 - 44972307-1710Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный индустриальный университет"10.57070/2304-4497-2025-4(54)-17-26vsgiu-858Research ArticleРаздел 1. Физика конденсированного состоянияSection 1. Condensed Matter PhysicsЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ СИСТЕМЫ ПЛАЗМЕННОЕ ПОКРЫТИЕ ‒ ПОДЛОЖКАELECTRON MICROSCOPIC ANALYSIS OF THE TRANSITION ZONE OF THE PLASMA COATING ‒ SUBSTRATE SYSTEMhttps://orcid.org/0000-0003-4487-3260БаклушинаИрина ВикторовнаBaklushinaIrina V.

заместитель директора Института открытого образования

Deputy Director of the Institute of Open Education

baklushina_iv@sibsiu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5147-5343ГромовВиктор ЕвгеньевичGromovViktor E.

д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой естественнонаучных дисциплин им. проф. 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/0000-0001-8022-7958ИвановЮрий ФедоровичIvanovYurii F.

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник

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

yufi55@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5892-3719ЛитовченкоИгорь ЮрьевичLitovchenkoIgor' Yu.

д.ф.-м.н., доцент, профессор кафедры физики металлов, старший научный сотрудник лаборатории физики структурных превращений

Dr. Sci. (Phys. and Math.), Associate Professor, Professor of the Department of Physics of Metals, Senior Researcher of the Laboratory of Physics of Structural Transformations

litovchenko@spti.tsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3394-7941КрюковРоман ЕвгеньевичKryukovRoman E.

д.т.н., доцент, профессор кафедры механики и машиностроения

Dr. Sci. (Eng.), Associate Professor, Professor of the Department of Mechanics and Mechanical Engineering

rek_nzrmk@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9932-4755ЮрьевАлексей БорисовичYur'evAleksei B.

д.т.н., профессор, ректор

Dr. Sci. (Eng.), Prof., Rector

rector@sibsiu.ruСибирский государственный индустриальный университетРоссияSiberian State Industrial UniversityRussian FederationИнститут сильноточной электроники СО РАНRussian FederationInstitute of High-Current Electronics Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут физики прочности и материаловедения СО РАНRussian FederationInstitute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202529122025041726Copyright © Баклушина И., Громов В., Иванов Ю., Литовченко И., Крюков Р., Юрьев А., 20252025Баклушина И., Громов В., Иванов Ю., Литовченко И., Крюков Р., Юрьев А.Baklushina I., Gromov V., Ivanov Y., Litovchenko I., Kryukov R., Yur'ev 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/858

Используя технологию плазменной наплавки в защитно-легирующей среде азота, сформировано покрытие толщиной примерно 9 ‒ 10 мм на стали марки 30ХГСА порошковой проволокой системы Mo ‒ Cr ‒ Co ‒ C. Методами современного физического материаловедения проведены исследования структурно-фазового состояния и элементного состава переходной зоны контакта системы плазменное покрытие (быстрорежущая молибденовая сталь) ‒ подложка (среднеуглеродистая сталь)», подвергнутой электронно-пучковой обработке. Плотность энергии пучка электронов составляла 30 Дж/см2, длительность импульсов пучка электронов 50 мкс, количество импульсов облучения 10, частота следования импульсов 0,3 с1. Установлено, что формирование покрытия сопровождается созданием протяженного переходного слоя примерно 100 мкм, который содержит α-фазу, γ-фазу, карбиды сложного состава. Установлено, что переходный слой после облучения содержит микрократеры и микротрещины, фрагментирующие его на области различных размеров. После облучения в объеме переходного слоя выявлена пластинчатая структура, содержащая частицы цементита карбида Mе6C. Методами рентгеноструктурного анализа установлено, что зона контакта, непосредственно примыкающая к покрытию, содержит зерна остаточного аустенита, упрочненные наноразмерными карбидами Mе6C.

Using plasma surfacing technology in a protective nitrogen alloy environment, a coating of approximately 9 ‒ 10 mm thick was applied to 30HGSA steel with a Mo ‒ Cr ‒ Co ‒ C powder wire. The structural and phase state and elemental composition of the contact transition zone of a plasma coating system (high-speed molybdenum steel) "substrate (medium carbon steel)" subjected to electron beam treatment have been studied by methods of modern physical materials science. The energy density of the electron beam is 30 J/cm2, the pulse duration of the electron beam is 50 μs, the number of irradiation pulses is 10, and the pulse repetition rate is 0.3 s1 (specify the units of measurement). It has been established that the formation of the coating is accompanied by the creation of an extended transition layer with a thickness of about 100 μs, which contains an α-phase, a γ-phase, and carbides of complex composition. It has been established that the transition layer after irradiation contains microcraters and microcracks, crushing it into sections of various sizes. After irradiation, a lamellar structure containing Me6C carbide cementite particles was revealed in the volume of the transition layer. X-ray diffraction analysis showed that the contact zone directly adjacent to the coating contains grains of residual austenite reinforced with nanoscale Me6C carbides.

быстрорежущая молибденовая стальплазменный методимпульсный электронный пучокоблучениесистема покрытие ‒ подложкаинтерфейсструктурафазовый составhigh-speed molybdenum steelplasma methodpulsed electron beamirradiationcoating‒substrate systeminterfacestructurephase compositionReferencesNefedyev S.P., Vdovin K.N., Emelyushin A.N. Peculiarities of forming of the wear-resistant cast iron coating structure on steel 45 upon plasma-powder surfacing. Materials Science Forum. 2016;870:141–148.Nefedyev S.P., Vdovin K.N., Emelyushin A.N. Peculiarities of forming of the wear-resistant cast iron coating structure on steel 45 upon plasma-powder surfacing. Materials Science Forum. 2016;870:141–148. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.870.141https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.870.141Nefed'ev S.P., Emelyushin A.N. Plasma Surface Hardening. Staryi Oskol: TNT. 2021:156. (In Russ.).Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазменное упрочнение поверхности. Старый Оскол: ТНТ. 2021:156.Darmawan W., Quesada J., Marchal R. Characteristics of laser melted AISI-T1 high speed steel and its wear resistance. Surface Engineering. 2007;23(2):112–119.Darmawan W., Quesada J., Marchal R. Characteristics of laser melted AISI-T1 high speed steel and its wear resistance. Surface Engineering. 2007;23(2):112–119.https://doi.org/10.1179/174329407X169502https://doi.org/10.1179/174329407X169502Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed′ev S.P. Inverstigation of the structure and impact-abrasive resistance of coatings of the Fe-C-Cr-Mn-Si system, additionally alloyed with nitrogen. Welding International. 2013; 27(2):150–153.Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed′ev S.P. Inverstigation of the structure and impact-abrasive resistance of coatings of the Fe‒C‒Cr‒Mn‒Si system, additionally alloyed with nitrogen. Welding International. 2013;27(2):150–153.Nefed'ev S.P., Emelyushin A.N. The influence of nitrogen on the formation of the structure and properties of plasma coatings of type 10P6M5. Vestnik Yugorskogo gosudarstvennogo universiteta. 2021;3(62):33–45. (In Russ.) https://doi.org/10.17816/byusu20210233-45Нефедьев 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.Mozgovoi I.V., Shneider E.A. Surfacing of high-speed steel. Omsk: Izd-vo OmGTU. 2016:200. (In Russ.)https://doi.org/10.17816/byusu20210233-45Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P., Chapaikin A.S., Vashchuk E.S., Romanov D.A. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal. 2023;66(7):731–739. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-wМозговой И.В., Шнейдер Е.А. Наплавка быстрорежущей стали. Омск: Изд-во «ОмГТУ», 2016:200.Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Scheffler M., Khassenov A.K. Change in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2018;3(91):59–65. EDN: KJWHYN.Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P., Chapaikin A.S., Vashchuk E.S., Romanov D.A. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal. 2023;66(7):731–739. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-wGromov V.E., Yur'ev A.B., Ivanov Yu.F., Minenko S.S., Konovalov S.V. Electron mi-croscopic examination of the contact zone between the weld (high-speed steel P2M9) and the substrate (steel 30KhGSA). Vestnik SibGIU. 2025;2(52):9–16. (In Russ.) https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-9-16Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Scheffler M., Khassenov A.K. Change in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2018;3(91):59–65. EDN: KJWHYN.Potekaev A.I., Gromov V.E., Yuriev A.B., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Minenko S.S., Semin A.P., Chapaikin A.S., Litovchenko I.Yu. Transition zone structure in the fast-cutting surfaced layer – substrate system. Russian Physics Journal. 2024;67(8):1107–1113.Громов В.Е., Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Миненко С.С., Коновалов С.В. Электронно-микроскопическое исследование зоны контакта наплавка (быстрорежущая сталь Р2М9) – подложка (сталь 30ХГСА). Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;2(52):9–16.https://doi.org/10.1007/s11182-024-03222-0https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-9-16Kremnev L.S. From High-Speed Tungsten Steel to High-Temperature Molybdenum Steel: A Century of High-Speed Steel. Steel in Translation. 2009;39(12):1111–1118.Potekaev A.I., Gromov V.E., Yuriev A.B., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Minenko S.S., Semin A.P., Chapaikin A.S., Litovchenko I.Yu. Transition zone structure in the fast-cutting surfaced layer – substrate system. Russian Physics Journal. 2024;67(8):1107–1113. https://doi.org/10.1007/s11182-024-03222-0https://doi.org/10.3103/S0967091209120195Kremnev L.S. From High-Speed Tungsten Steel to High-Temperature Molybdenum Steel:Kremnev L.S., Onegina A.K., Vinogrado- va L.A. Features of transformations, structure and properties of molybdenum high-speed steels. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2009;12(654):13–19. EDN: KZSBKP. (In Russ.).A Century of High-Speed Steel. Steel in Translation. 2009;39(12):1111–1118.Kremnev L.S. Theory of alloying and the creation of heat-resistant tool steels and alloys based on it. Metallovedenie i termicheskaya obrabotka metallov. 2008;11(641):18–27. EDN: KVXKKF. (In Russ.).https://doi.org/10.3103/S0967091209120195Kupalova I.K. Phase analysis and phase composition of high-speed steels (review). Zavodskaya laboratoriya. 1983;1:27–40. (In Russ.)Кремнев Л.С., Онегина А.К., Виноградова Л.А. Особенности превращений, структуры и свойств молибденовых быстрорежущих сталей. Металловедение и термическая обработка металлов. 2009;12(654):13–19. EDN: KZSBKP.Vostretsov G.N. Deformation capacity of deposited heat-resistant metal type P2M8 during martensitic transformation. Vestnik Sibirskogo gosudarstvennogo industrial'nogo universiteta. 2012;1:7–10. (In Russ.).Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов. 2008;1(641):18–27. EDN: KVXKKF.Rotshtein V.P., Proskurovskii D.I., Ozur G.E., Ivanov Yu.F. Surface modification of metallic materials with low-energy high-current electron beams. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN Nauka. 2019:348. (In Russ.)Купалова И.К. Фазовый анализ и фазовый состав быстрорежущих сталей (обзор). Заводская лаборатория. 1983;1:27–40.Koval' N.N., Ivanov Yu.F. ed. Evolution of the surface layer structure of steel subjected to electron-ion-plasma treatment. Tomsk: NTL. 2016:298. (In Russ.).Вострецов Г.Н. Деформационная способ-ность наплавленного теплостойкого металла типа Р2М8 при мартенситном превращении. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2012;1:7–10.Pout Dzh., Foti G., Dzhekobson D. ed. Surface modification and alloying with laser, ion and electron beams. Moscow: Mashinostroenie, 1987:424. (In Russ.).Ротштейн В.П., Проскуровский Д.И., Озур Г.Е., Иванов Ю.Ф. Модификация поверхности металлических материалов низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. Новосибирск: Изд-во СО РАН Наука. 2019:348.Shulov V.A., Paikin A.G., Belov A.B., L'vov A.F., Engel'ko V.I., Ovchinnikov D.V. Surface modification of heat-resistant steel parts using high-current pulsed electron beams. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 2005;2:61−70. EDN: HSGMVF. (In Russ.).Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ. 2016:298.Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. Поута, Г. Фоти, Д. Джекобсона. Москва: Машиностроение, 1987:424.Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer. 2014:717.Шулов В.А., Пайкин А.Г., Белов А.Б., Львов А.Ф., Энгелько В.И., Овчинников Д.В. Модификация поверхности деталей из жаропрочных сталей сильноточными импульсными электронными пучками. Физика и химия обработки материалов. 2005;2:61−70. EDN: HSGMVF.Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing. 2016:196.Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.Paikin A.G., Shulov V.A., Engelko V.I., Tkachenko K.I., Lvov A.F., Teryaev A.D., Krainikov A.V. Cratering on the surface of parts made of heat-resistant steel 15X16K5N2MVFAV-Sh under irradiation with high-current pulsed electron beams. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya. 2006;10(22):9‒14. (In Russ.).Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer. 2014:717.Kurdyumov V.G., Utevskii L.M., Entin R.I. Transformations in iron and steel. Moscow: Nauka. 1977:236. (In Russ.).Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing. 2016:196.Utevskii L.M. Diffraction electron microscopy in metallurgy. Moscow: Metalllurgiya. 1973:584. (In Russ.).Пайкин А.Г., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Львов А.Ф., Теряев А.Д., Крайников А.В. Кратерообразование на поверхности деталей из жаропрочной стали 15X16К5Н2МВФАВ-Ш при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006;10(22):9‒14.Пайкин А.Г., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Львов А.Ф., Теряев А.Д., Крайников А.В. Кратерообразование на поверхности деталей из жаропрочной стали 15X16К5Н2МВФАВ-Ш при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006;10(22):9‒14.Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. Москва: Наука. 1977:236.Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. Москва: Наука. 1977:236.Утевский Л.М. Дифракционная электрон-ная микроскопия в металловедении. Москва: Металлургия. 1973:584.Утевский Л.М. Дифракционная электрон-ная микроскопия в металловедении. Москва: Металлургия. 1973:584.

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