СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ И СВОЙСТВА ПЛАЗМЕННОЙ НАПЛАВКИ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛЬЮ В СРЕДЕ АЗОТА

Методами современного физического материаловедения проведены исследования структурно-фазовых состояний и свойств плазменный наплавки из быстрорежущей стали Р18Ю в защитно-легирующей среде азота. Основным элементом структуры наплавленного слоя являются зерна, размер которых составляет 7,0 – 22,5 мкм. Микрорентгеноспектральным анализом показано, что элементный состав зерен существенно зависит от анализируемого объема материала и определяется присутствующими включениями второй фазы. Плазменная наплавка нетоковедущей порошковой проволокой приводит к образованию слоя, основными фазами которого являются α-железо и карбиды состава Мe₆С (Мe = Fe, W), которые формируют каркасную сетку. Эта сетка представлена двумя морфологически различными типами: в виде протяженных прослоек и областей со структурой эвтектоидного типа. Включения карбидной фазы не содержат дислокационной субструктуры и характеризуются наличием изгибных контуров экстинкции, что свидетельствует об упругих напряжениях материала наплавки. Скалярная плотность хаотически распределенных дислокаций в зернах α-железа составляет 2,2∙10¹⁰ см^–2, а в сетчатой дислокационной субструктуре, объемная доля которой значительно меньше, 1,2∙10¹¹ см^–2. Методами просвечивающей электронной микроскопии в объеме зерен выявлены частицы карбида ванадия состава V₄C₃ игольчатой морфологии. Выполнена оценка параметра кристаллической решетки (a = 2,888 Å), размера областей когерентного рассеяния (44 нм) и концентрации углерода в твердом растворе α-железа (0,286 % (по массе)). Микротвердость наплавленного слоя составляет 4,7 ГПа, параметр износа 8,9∙10^–6 мм³/(Н∙м), коэффициент трения 0,7.

1. Технологии наплавки деталей горно-металлургического комплекса сталями вы-сокой твердости / Н.Н. Малушин, Д.В. Ва-луев, В.Л. Осетковский, С.А. Солодский. Томск: Изд-во ТПУ, 2015:212.

2. Упрочнение теплостойких сплавов плазмой в среде азота / Н.Н. Малушин, В.Е. Громов, Д.А. Романов, Л.П. Бащенко, О.А. Перегу-дов. Новокузнецк: Полиграфист, 2022:232. EDN:JUAWCF.

3. Износостойкие наплавки на сталь: структура, фазовый состав и свойства / С.В. Райков, В.Е. Кормышев, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов, С.В. Коновалов. Новокузнецк: Изд. центр Сиб-ГИУ, 2017:318. EDN: ZVIXED.

4. Рябцев И.А., Сенченков И.К. Теория и практика наплавочных работ. Киев: Еко-технологія, 2013:400.

5. Походня И.К., Шлепаков В.Н., Максимов С.Ю., Рябцев И.А. Исследования и разра-ботки ИЭС им. Е.О. Патона в области элек-тродуговой сварки и наплавки порошковой проволокой. Автоматическая сварка. 2010;(12) :34–42.

6. Вдовин К.Н., Никитенко О.А., Феоктистов Н.А., Горленко Д.А. Изучение влияния азотированного феррованадия на параметры микроструктуры ли-тых изделий из стали Гадфильда. Литейщик Рос-сии. 2018;(3):23–27.

7. Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Влияние азота на формирование структуры и свойств плазменных покрытий типа 10Р6М5. Вест-ник Югорского государственного универси-тета. 2021;(3):33–45.

8. http://dx.doi.org/10.17816/byusu20210233-45. EDN: XEXXML

9. Кутепов С.Н., Калинин А.А., Гвоздев А.Е. Современные стали для быстрорежущей об-работки металлических сплавов. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018;(10):597–607. EDN: YRBJHN.

10. Rakhadilov B.K., Wieleba W., Kylyshkanov M.K., Kenesbekov A.B., Maulet M. Structure and phase composition of high-speed steels. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2020;2(98):83–92.

11. https://doi.org/10.31489/2020Ph2/83-92. EDN: ZHOEOP.

12. Киреев В.П. Упрочнение быстрорежущей стали динамическим микролегированием и его влияние на износостойкость режущего инструмента. Известия Самарского научно-го центра Российской академии наук. 2015;17:6(2):414–418. EDN: WDCVAB.

13. Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Scheffler M., Khassenov A.K. Change in high tempera-ture wear resistance of high speed steel by plasma nitriding. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2018;3(91):59–65. EDN: KJWHYN.

14. Ouyang Q., Luo P., Zhang F., He Q., Wang Y., Li S. Analyzing the effect of CeB6 on mi-crostructure and mechanical properties of high-speed steel consolidated by powder met-allurgy. Journal of Materials Engineering and Performance. 2018;27(5):5973–5983.

15. https://doi.org/10.1007/s11665-018-3675-1

16. Ding C.-C., Zhao M.-D., Li Z.-D., Cao Y.-G. Effect of quenching temperature on micro-structure and properties of high-speed axle steel. Transactions of Materials and Heat Treatment. 2018;39(12):49–56.

17. http://dx.doi.org/10.13289/j.issn.1009-6264.2018-0311

18. Rahman N.U., Capuano L., Meer A., Rooij M., Mat-thews D.T.A., Walmag G., Sinnaeve M., García-Junceda A., Castillo M., Römer G.R.B.E. Devel-opment and characterization of multilayer la-ser cladded high speed steels. Additive Manu-facturing. 2018;24:76–85.

19. https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.09.009

20. Matlygin G., Savilov A., Nikolaev A., Timo-feev S. Investigation of form deviations of high-speed steel (HSS) products under turn-ing-milling operation using automatically programmed tools. Science intensive technolo-gies in mechanical engineering. 2023;15–23. https://doi.org/10.30987/2223-4608-2023-7-15-23

21. Petrova L., Sergeeva A., Vdovin V. Modifica-tion of a high-speed cutting tool surface by combined tungsten steel and nitrogen satura-tion. Science intensive technologies in mechan-ical engineering. 2023;24–32.

22. http://dx.doi.org/10.30987/2223-4608-2023-7-24-32

23. Egerton F.R. Physical principles of electron microscopy. Basel: Springer International Pub-lishing, 2016:196.

24. Kumar C.S.S.R. Transmission electron micros-copy. Characterization of nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.

25. https://doi.org/10.1007/978-3-642-38934-4

26. Carter C.B., Williams D.B. eds. Transmission electron microscopy. Berlin: Springer Interna-tional Publishing, 2016:518.

27. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Konovalov S.V., Kormyshev V.E., Aksenova K., Teresov A. Structure and properties of strengthening lay-er on Hardox 450 steel. Materials Science and Technology. 2017;33(17):2040–2045.

28. https://doi.org/10.1134/S003602952203003X

29. Konovalov S.V., Kormyshev V.E., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kapralov E.V. Phase composition and defect substructure of double surfacing, formed with V-Cr-Nb-W powder wire on steel. Inorganic materials: Applied re-search. 2017;8(2):313–317.

30. https://doi.org/10.1134/S2075113317020101

31. Konovalov S.V., Kormyshev V.E., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Kapralov E.V. Gradient structure generated in Hardox 450 Steel with built-up layer. Inorganic materials: Applied re-search. 2018;9(3):427–432.

32. https://doi.org/10.1134/S2075113318030164