ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВАЯ ОБРАБОТКА ДИФФУЗИОННЫХ БОРОАЛИТИРОВАННЫЙ СЛОЕВ НА ПОВЕРХНОСТИ СТАЛИ 5ХНМ

Рассмотрено упрочнение поверхности образцов из штамповой стали 5ХНМ комбинированным методом, заключающимся в последовательном проведении химико-термической обработки с последующей модификацией полученного диффузионного слоя с помощью импульсной электронно-пучковой обработки с использованием источника электронов с плазменным катодом на основе дугового разряда низкого давления. Электронно-пучковую обработку проводили в экспериментальной установке «СОЛО», входящей в перечень уникальных электрофизических установок России. Представлены результаты локальной структурно-фазовой трансформации диффузионных бороалитированныхслоев за счет скоростного нагрева электронным пучком миллисекундной длительности. Проведен сравнительный анализ строения диффузионного слоя после химико-термической обработки и последующей модификации слоя импульсным электронным пучком. Изучена микротвердость, проведена оценка фазового состояния диффузионного слоя до и после электронно-пучкового воздействия. Электронно-пучковая обработка диффузионного слоя приводит к повышению микротвердости, максимальное значений которой достигает 1400 HV, и к снижению шероховатости поверхности по параметру Ra (до семи раз). После электронно-пучковой обработки диффузионного слоя формируются фаза Fe₂B, интерметалидные фазы FeAl, Fe₂AlCr, CrSi₂, обладающие высокой жаростойкостью, износостойкостью и коррозийной стойкостью.

1. Bao Z.-J., Yang H.-Y., Dong B.-X., Chang F., Li C.-D., Jiang Y., Chen L.-Y., Shu S.-L., Jiang Q.-C., Qiu F. Development trend in composition optimization, microstructure manipulation, and strengthening methods of die steels under lightweight and integrated die casting. Materials. 2023;16(18):6235.

2. https://doi.org/10.3390/ma16186235

3. Weinert A., Tormey D., O’Hara C., McAfee M. Condition monitoring of additively manu-factured injection mould tooling: A review of demands, opportunities and potential strate-gies. Sensors. 2023;23(4):2313.

4. https://doi.org/10.3390/s23042313

5. Milinović A., Stojšić J., Kladarić I., Matijević B. Evaluation of boride layers on C70W2 steel using a new approach to characterization of boride layers. Materials. 2022;15(11):3891. https://doi.org/10.3390/ma15113891

6. Полянский И.П., Вихрев Р.О., Сизов И.Г. Структура и свойства боридных покрытий на инструментальных сталях. Ползуновский вестник. 2023;1:171–177.

7. https://doi.org/10.25712/ASTU.2072-8921.2023.01.021

8. Pashechko M., Dziedzic K., Jozwik J. Analysis of wear resistance of borided steel C45. Mate-rials. 2020;13(23):5529.

9. https://doi.org/10.3390/ma13235529

10. Пугачева Н.Б., Быкова Т.М. Исследование методов борирования, анализ структуры и свойств получаемых покрытий. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2020,2:38–60.

11. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2020.2.038-060

12. Mednikov A., Tkhabisimov A., Kalakuckaya O., Zilova O., Kachalin G. Studies of boriding using possibility to increase the corrosion re-sistance of cast steel 20GL. Coatings. 2022;12(11):1789. https://doi.org/10.3390/coatings12111789

13. Bartkowska A., Bartkowski D., Przestacki D., Hajkowski J., Miklaszewski A. Microstructural and mechanical properties of B-Cr coatings formed on 145Cr6 tool steel by laser remelting of diffusion borochromized layer using diode laser. Coatings. 2021;11(5):608.

14. https://doi.org/10.3390/coatings11050608

15. Günen A., Ergin Ö. A comparative study on characterization and high-temperature wear behaviors of thermochemical coatings applied to cobalt-based haynes 25 superalloys. Coat-ings. 2023; 13(7):1272.

16. https://doi.org/10.3390/coatings13071272

17. Коновалов С.В., Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Шлярова Ю.А., Кондратова О.А., Кириллова А.В. Структурно-фазовые состояния и свойства выокоэнтропийного сплава CrMnFeCoNi после электронно-пучковой обработки. Вестник Сибирского государственного ин-дустриального университета. 2022;2 (40):47–56.

18. Тересов А.Д., Петрикова Е.А., Иванов Ю.Ф., Крысина О.В., Прокопенко Н.А. Электронно-пучковая обработка поверхно-сти металлических материалов, изготовлен-ных аддитивным способом. Известия вузов. Физика. 2022;65(11(780)):168–175. https://doi.org/10.17223/00213411/65/11/168

19. Valkov S., Dechev D., Ivanov N., Bezdushnyi R., Ormanova M., Petrov P. Influence of beam power on young’s modulus and friction coefficient of Ti–Ta alloys formed by electron-beam surface alloying. Metals. 2021;11(8):1246.

20. https://doi.org/10.3390/met11081246

21. Невский С.А., Сарычев В.Д., Громов В.Е. Комбинированные гидродинамические не-устойчивости и их роль в образовании мик-ро- и наноструктур материалов при плаз-менных воздействиях. Вестник Сибирского государственного индустриального универ-ситета. 2023;1(43):10–16. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-1(43)-10-16

22. Konovalov S., Ivanov Y., Gromov V., Pan-chenko I. Fatigue-induced evolution of ALSI 310S steel microstructure after electron beam treatment. Materials. 2020;13(20):4567.

23. https://doi.org/10.3390/ma13204567

24. Cai J.,Yao Y., Gao C., Lyu P., Meng X., Guan Q., Li Y., Han Z.Comparison of microstruc-ture and oxidation behavior of NiCoCrAlYSi laser cladding coating before and after high-current pulsed electron beam modification. Journal of alloys and Compounds. 2021;881:160651.

25. https://doi.org/10.1016/J.JALLCOM.2021.160651

26. Улаханов Н., Мишигдоржийн У., Тихонов А., Шустов А., Пятых А. Модификация по-верхностного слоя штамповых сталей со-зданием B-Al-слоев химико-термической обработкой. Упрочняющие технологии и по-крытия. 2021;17(12(204)):557–564. https://doi.org/10.36652/1813-1336-2021-17-12-557-564

27. Koval N.N., Devyatkov V.N., Vorobyev M.S. Elec-tron sources with plasma grid emitters: progress and prospects. Russ Phys J. 2021;63:1651–1660. https://doi.org/10.1007/s11182-021-02219-3

28. Vorobyov M., Koval T., Shin V., Moskvin P., Tran M.K.A., Koval N., Ashurova K., Doroshkevich S., Torba M. Controlling the Specimen surface temperature during irradia-tion with a submillisecond electron beam pro-duced by a plasma-cathode electron source. IEEE Transactions on Plasma Science. 2021;49(9):2550–2553. https://doi.org/10.1109/TPS.2021.3089001

29. Vorobyov M.S., Moskvin P.V., Shin V.I., Ko-val T.V., Devyatkov V.N., Doroshkevich S.Y., Koval N.N., Torba M.S., Ashurova K.T. Nega-tive current feedback in the accelerating gap in electron sources with a plasma cathode. Technical Physics. 2022;67(6):747–752. http://dx.doi.org/10.21883/TP.2022.06.54422.14-22

30. Рубанникова Ю.А., Иванов Ю.Ф., Рома- нов Д.А., Кормышев В.Е. Механические и трибологические свойства борированного слоя, наплавленного на низкоуглеродистую сталь. Фундаментальные проблемы совре-менного материаловедения. 2019;16(3):387–393.