МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЫ НАПЛАВКА ИЗ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ ‒ ПОДЛОЖКА ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКОЙ

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.

1. Громов В.Е., Чапайкин А.С., Невский С.А. Структура, свойства и модели быстрорежущей стали после отпуска и электронно-лучевой обработки. Новокузнецк: Полиграфист, 2024:171.

2. 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-w

3. Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазмен-ная закалка поверхности. Старый Оскол: Издательский дом «ТНТ», 2021:156.

4. Мозговой И.В., Шнейдер Е.А. Наплавка быстрорежущей стали. Омск: Изд-во «ОмГТУ», 2016:200.

5. 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.2017.12.173

6. Krukovich M.G., Prusakov B.A., Sizov I.G. Plasticity of boronized layers. Cham: Springer, 2016:364.

7. Edenhofer B., Joritz D., Rink M., Voges K. Carburizing of steels. In: Thermochemical Surface Engineering of Steels. Woodhead Publishing, 2015:485–553.

8. 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.

9. 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.

10. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2014.08.003

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. Москва: Металлургия, 1983:527.

15. 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.

16. Почетуха 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)-30-38

17. Громов 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/10.1063/1.4937828

18. 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):1353‒1359

19. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке. Томск: НТЛ, 2016:298.

20. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхностей металлокерамических и керамических материалов электронными пучками. Физический журнал. 2008;51(5):60‒70.

21. 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.

22. Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing, 2016:196.

23. Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.

24. Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.