Preview

Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИНТЕНСИВНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-839-845

Полный текст:

Аннотация

Работа посвящена выявлению и анализу закономерностей формирования наноструктурных, многофазных поверхностных слоев в высокохромистых сталях 12Х18Н10Т и 20Х13, подвергнутых облучению интенсивным импульсным электронным пучком на установке «СОЛО». Осуществлен термодинамический анализ системы Fe – Cr – C. Показано, что легирование углеродом сплавов Fe – Cr приводит к значительному изменению в них структурно-фазового состояния и оказывает определяющее влияние на области существования карбидов Me23С6 , Me7 С3 , Me3 С2 и Me3 С с α- и γ-фазами. Проведены численные расчеты температурного поля, формирующегося в поверхностном слое стали при облучении электронным пучком. Показано, что при плотности энергии пучка электронов 10  Дж/см2 независимо от длительности импульса пучка электронов (50  –  200  мкс) максимальная температура, достигаемая на поверхности образца к концу действия импульса, ниже температуры плавления стали. При плотности энергии пучка электронов 20  –  30  Дж/см2 и длительности импульса 50  мкс на поверхности облучения максимальная температура равна температуре кипения стали; при длительности импульса 200  мкс – достигает или превышает температуру плавления стали. Выполнены исследования структуры, механических и трибологических свойств поверхностного слоя образцов высокохромистых сталей 12Х18Н10Т и 20Х13, сформировавшегося при облучении интенсивным импульсным электронным пучком. Установлено, что электронно-пучковая обработка стали в режиме плавления и последующей высокоскоростной кристаллизации сопровождается растворением частиц исходной карбидной фазы состава Мe23С6 ((Cr,  Fe)23C6 ), насыщением кристаллической решетки поверхностного слоя атомами углерода и хрома, формированием ячеек дендритной кристаллизации субмикронных размеров, выделением наноразмерных частиц карбида титана и карбида хрома. В совокупности это позволило улучшить (относительно исходного состояния) прочностные и трибологические свойства исследуемых материалов. Для стали 12Х18Н10Т выявлено увеличение твердости поверхностного слоя в 1,5 раза, износостойкости в 1,5 раза, коэффициент трения снизился в 1,6 раза; для стали 20Х13 выявлено увеличение микротвердости в 1,5 раза, износостойкости в 3,2 раза, снижение коэффициента трения в 2,3 раза.

Об авторах

Ю. Ф. Иванов
Институт сильноточной электроники СО РАН; Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Россия

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

634055, Томск, пр. Академический, 2/3;

634050, Томск, пр. Ленина, 30



А. А. Клопотов
Томский государственный архитектурно-строительный университет
Россия

д.ф.-м.н., профессор кафедры прикладной механики и материаловедения,

634003, Томск, пл. Соляная, 2



Е. А. Петрикова
Институт сильноточной электроники СО РАН
Россия

младший научный сотрудник,

634055, Томск, пр. Академический, 2/3



Ю. А. Абзаев
Томский государственный архитектурно-строительный университет
Россия

д.ф.-м.н., профессор кафедры высшей математики,

634003, Томск, пл. Соляная, 2



О. В. Иванова
Томский государственный архитектурно-строительный университет
Россия

к.ф.-м.н., доцент кафедры высшей математики,

634003, Томск, пл. Соляная, 2



Список литературы

1. Берлин Е.В., Коваль Н.Н., Сейдман Л.А. Плазменная химико-термическая обработка поверхности стальных деталей. – М.: Техносфера, 2012. – 464 с.

2. Интегрированные методы обработки конструкционных и инструментальных материалов с использованием тлеющих и вакуумно-дуговых разрядов / В.В. Будилов, Н.Н. Коваль, Р.М. Киреев, К.Н. Рамазанов; под. ред В.С. Мухина. – М.: Машиностроение, 2013. – 313 с.

3. Poate J.M., Foti G., Jacobson D.C. Surface modification and alloying by laser, ion and electron beams. – New York and London: Plenum Press, 1983. – 424 p.

4. Ion implantation and beam processing / Ed. J.S. Williams and J.M. Poate. – Sydnee and New York: Academicpress, 1984. – 358 p.

5. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки металлов / В.А. Грибков, Ф.И. Григорьев, Б.А. Калин, В.П. Якушин. – М.: Круглый стол, 2001. – 528 с.

6. Модификация материалов компрессионными плазменными потоками / В.В. Углов, Н.Н. Черенда, В.М. Анищик, В.М. Асташинский, Н.Т. Квасов. – Минск: изд. БГУ, 2013. – 248 с.

7. Rotshtein V., Ivanov Yu., Markov A. Surface treatment of materials with low-energy, high-current electron beams. P. 6. In book “Materials surface processing by directed energy techniques” / Еd. Y. Pauleau. – Elsevier, 2006. P. 205 – 240.

8. Белов А.В. и др. Сильноточные импульсные электронные пучки для авиационного двигателестроения / Под общ. ред. В.А. Шулова, А.С. Новикова, В.И. Энгелько. – М.: ДИПАК, 2012. – 292 с.

9. Марочник сталей и сплавов / В.Г. Сорокин, А.В. Волосникова, С.А. Вяткин и др; под общ. ред. В.Г. Сорокина. – М.: Машиностроение, 1989. – 640 с.

10. Grigoriev S.V., DevjatkovV.N., Koval N.N.,TeresovA.D.TheAutomated Installation for Surface Modification of Metal and CeramicMetal Materials and Products by Intensive Pulse Sub-Millisecond Electron Beam. – In Proc. 9th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. – Tomsk, 2008. P. 19 – 22.

11. Абзаев Ю.А., Саркисов Ю.С., Клопотов А.А., Клопотов В.Д., Афанасьев Д.А. Полнопрофильный рентгеноструктурный анализ клинкерного минерала С4AF // Вестник ТГАСУ. 2012. № 4. С. 200 – 209.

12. Лякишев Н.П. Диаграммы состояния двойных металлических систем. В 3-х т. Т. 1 – 3. – М.: Машиностроение, 1996 – 2000.

13. Goldschmidt H.J. Interstitial Alloys. – London: Butterworths, 1967. – 424 p.

14. Kubaschewski O. Iron-Binary Phase Diagrams. – Berlin-Heidelberg-New York: Springer-Verlag, 1982. – 184 p.

15. Ohmori Y., Sugisawa S. The precipitation of carbide during tempering of high carbon martensite // Trans. Jap. Inst. Met. 1971. Vol. 12. No. 3. Р. 170 – 178.

16. Jack К.Н., Wild S. Nature of c-carbide and its possible occurrence in steels // Nature. 1966. Vol. 212. No. 5059. Р. 248 – 250.

17. Барабаш О.М., Коваль Ю.Н. Кристаллическая структура металлов. Справочник. – Киев: Наукова думка, 1986. – 598 с.

18. Белоус М.В., Черепин В.Т., Васильев М.А. Превращения при отпуске стали. – М.: Металлургия, 1973. – 232 с.

19. Lee B.J. Thermodynamic calculations in stainless steels alloy systems // Korean Inst. Met. 1995. Vol. 33. No. 3. P. 766 – 775.

20. Durand-Charre M. Microstructure of steels and cast irons. – Berlin Heidelberg: Springer, 2004. – 404 s.

21. JellinghausW., Keller H. On the Iron-Chromium-Carbon Systemand Distribution of Chromium between Ferrite and Special Carbides.// Arch. Eisenhüttenwesen. 1972. Vol. 43. No. 4. P. 319 – 328. (In Germ.)

22. Kundrat D.M., Chochol M., Elliott J.F. Phase relationships in the Fe–Cr–C system at solidification temperatures // Met. Trans. 1985. Vol. 15B. No. 1-4. S. 663 – 676.

23. Самарский А.А. Введение в численные методы. – М.: Наука, 1997. – 271 с.

24. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменным методам обработки / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. – Томск: Изд-во НТЛ, 2016. – 303 с.

25. Ivanov Y., Krysina O., Petrikova E., Ivanova O., Ikonnikova I., Rygina M. Numerical Simulation of Thermal Processes Involved in Surface Alloying of Aluminum with Titanium by an Intense Pulsed Electron Beam // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 683. No. 2. P. 569 – 575.

26. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; под ред. И.С. Григорьева, Е.Э. Мейлихова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 1232 с.


Для цитирования:


Иванов Ю.Ф., Клопотов А.А., Петрикова Е.А., Абзаев Ю.А., Иванова О.В. СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ВЫСОКОХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ, МОДИФИЦИРОВАННЫХ ИНТЕНСИВНЫМ ИМПУЛЬСНЫМ ЭЛЕКТРОННЫМ ПУЧКОМ. Известия Высших Учебных Заведений. Черная Металлургия. 2017;60(10):839-845. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-839-845

For citation:


Ivanov Y.F., Klopotov A.A., Petrikova E.A., Abzaev Y.A., Ivanova O.V. STRUCTURE AND PROPERTIES OF THE SURFACE OF HIGH-CHROMIUM STEELS MODIFIED WITH AN INTENSE PULSED ELECTRON BEAM. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2017;60(10):839-845. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2017-10-839-845

Просмотров: 92


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)