ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННОГО ПОКРЫТИЯ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ МОЛИБДЕНОВОЙ СТАЛИ

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.

1. 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.

2. Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов. МиТОМ. 2008;11:18‒28.

3. Chaus A.S., Pokorný P., Čaplovič Ľ., Sitke- vich 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.

4. 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.

5. Купалова И.К. Фазовый анализ и фазовый состав быстрорежущих сталей (обзор). Заводская лаборатория. 1983;1:27‒40.

6. 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.

7. 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.

8. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефе-дьев С.П. Исследование структуры и ударно-абразивной износостойкости покрытий системы Fe ‒ C ‒ Cr ‒ Mn ‒ Si, дополнительно легированных азотом. Сварочное производство. 2011;10:18‒22.

9. Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазменное упрочнение поверхности. Старый Оскол: ТНТ, 2021:156.

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

11. 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-w

12. Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Schef- fler 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.

13. Aleksandrovich B.L., Geller Yu.A., Kremnev L.S. New high-hardness high-speed steels. Metal Science and Heat Treatment. 1968;1:2‒7.

14. Барчуков Д.А., Цыгвинцев А.В., Афанасье- ва Л.Е. Особенности формирования структуры и свойств быстрорежущей стали при импульсно-дуговой наплавке. Вестник Тверского государственного университета. 2019;4(4):16‒22.

15. Barchukov D.A., Ilyashenko S.E., Lavrent’ev A.Yu., Zubkov N.S. Improvement of the structural state of high-speed steel to enhance hardening efficiency during heat treatment. Metal Science and Heat Treatment. 2013;17:6‒9.

16. Иванов Ю.Ф. Структурные и фазовые превращения в ряде сталей при статическом и динамическом режимах термической обработки: автореф. диссертации д.ф.-м.н. Москва, 2002:41.

17. Mishigdorzhiyn U., Semenov A., Ulakha- nov N. et al. Microstructure and Wear Re-sistance of Hot-Work Tool Steels after Elec-tron Beam Surface Alloying with B4 C and Al. Lubricants. 2022;10(5).

18. https://doi.org/10.3390/lubricants10050090; EDN: XTTOFB.

19. Chen X., Konovalov S., Gromov V., Ivanov Yu. Modifying of Structure-Phase States and Properties of Metals by Concentrated Energy Flows. In: Surface Processing of Light Alloys Subject to Concentrated Energy Flows. 2021:1‒52.

20. Rotshtein V.P., Proskurovsky D.I., Ozur G., Ivanov Yu., Markov A. Surface modification and alloying of metallic materials with low-energy high-current electron beams. Surface and Coatings Technology. 2004;180:377‒381. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2003.10.085

21. Khaidarova A.A., Silantiev S.A. Laser Treat-ment on the Coating Surface Having Been Performed by Means of Plasma Surfacing With Powder Made of M2 Steel. In: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering: electronic edition. Yurga: IOP Publishing Ltd, 2016:12062. https://doi.org/10.1088/1757-899X/142/1/012062

22. Samotugin S.S., Butsukin V.V. Increasing of the Service Life of Massive Tools Using Combined Restoration and Hardening Technologies. Russian Engineering Research. 2024;44(8):1154‒1160. https://doi.org/10.3103/S1068798X24701934