Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Азотирование сталей различных структурных классов, полученных методами лазерных аддитивных технологий

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-63-70

Полный текст:

Аннотация

Проведен сравнительный анализ диффузионных слоев сталей различного структурного класса, полученных комплексной технологией, включающей в себя лазерную перекристаллизацию порошкового материала и азотирование в тлеющем разряде. Исследованы параметры диффузионных слоев бейнитной 09ХН2МД и мартенситной 25Х13Н2 сталей, синтезированных методом прямого лазерного выращивания, а также аустенитной стали 03Х17Н14М3, полученной селективным лазерным плавлением. В процессе азотирования в тлеющем разряде при температуре 540 °С в течение 24 ч в сталях мартенситного и аустенитного классов сформировался диффузионный слой толщиной 140 – 160 мкм, причем в поверхностном слое толщиной примерно 100 мкм значение микротвердости максимально – 800 и 1050 HV0,1 соответственно и практически не изменяется. В бейнитной стали 09ХН2МД диффузионный слой составил 900 мкм, но его микротвердость монотонно убывает с поверхности материала. Методом рентгеновского фазового анализа выявлены упрочняющие фазы в азотированных слоях: в бейнитной стали это γ′-нитрид (Fe4N), в мартенситной и аустенитной сталях это γ′- и CrN нитриды, причем в аустеинтной стали на поверхности формируется сплошной нитридный слой. Исследовано влияние на параметры диффузионных слоев дополнительной термической обработки, проводимой после лазерной перекристаллизации порошкового материала. Установлено, что, не- смотря на уменьшение концентрации дефектов кристаллического строения в структуре после термической обработки, толщина азотированного слоя изменяется слабо. Исследовано влияние пористости объектов аустенитной стали на толщину азотированного слоя. Показано, что варьирование пористости в интервале от 0,5 до 2 % не приводит к изменению толщины диффузионного слоя.

Об авторах

Е. В. Цветкова
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия

к.т.н., доцент кафедры материаловедения

105005, Россия, Москва, 2-я Бауманская ул., 5



К. О. Базалеева
Российский университет дружбы народов
Россия

к.ф.-м.н., ведущий инженер-технолог центра аддитивных и порубежных технологий

117198, Россия, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 10/2



И. С. Чекин
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
Россия

магистр кафедры материаловедения

105005, Россия, Москва, 2-я Бауманская ул., 5



О. Г. Климова-Корсмик
Институт лазерных и сварочных технологий СПбГМТУ; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Россия

к.т.н., руководитель отдела исследования материалов, доцент Высшей школы физики и технологии материалов

194064, Россия, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21

195251, Россия, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29



А. С. Жидков
ПАО «Туполев»
Россия

ведущий инженер-технолог

105005, Россия, Москва, набережная Академика Туполева, 17



Список литературы

1. Tsvetkova E., Bazaleeva K., Smirnov A., Chekin I. Nitriding of martensitic steel after laser melting deposition // IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2018. Vol. 1109. Article 012054.

2. Силина О.В., Балахнин А.Н., Симонов М.Ю. Комплексная деформационно-химико-термическая обработка системно-легированной низкоуглеродистой стали 10Х3Г3МФ // Металло- ведение и термическая обработка металлов. 2016. № 2 (728). С. 54 – 58.

3. Малушин Н.Н., Валуев Д.В. Плазменная наплавка и азотирование наплавленных деталей горно-металлургического комплекса // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2012. № 12. С. 105 – 108.

4. Gronostajski Z., Widomski P., Kaszuba M. Influence of both hardfaced and nitrided layers on the durability of hot forging tools // Surface Innovations. 2018. Vol. 6. No. 4 – 5. P. 301 – 310.

5. Цих С.Г., Щеглов М.Е., Гришин В.И. Исследование закономерностей комбинированного упрочнения структуры поверхностного слоя стали 25Х1МФ // Защита окружающей среды в неф- тегазовом комплексе. 2002. № 3. С. 14 – 17.

6. Матросов М.Ю., Лясоцкий И.В., Кичкина А.А. и др. Особенности и классификация структур низкоуглеродистых низколегированных высокопрочных трубных сталей // Сталь. 2012. № 1. C. 65 – 74.

7. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращение в железе и стали. – М.: Наука, 1977. – 236 с.

8. Holland S., Wang X., Chen J. etc. Multiscale characterization of microstructures and mechanical properties of Inconel 718 fabricated by selective laser melting // Journals of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 784. P. 182 – 194.

9. Man C., Cui Z., Dong C. etc. The effect of sub-grain structure on intergranular corrosion on 316L SS fabricated via SLM // Materials Letters. 2019. Vol. 243. P. 157 – 160.

10. Shifeng W., Shuai L., Qingsong W. etc. Effect of molten pool boundaries on the mechanical properties of selective laser melting parts // Journal of Materials Processing Technology. 2014. Vol. 214. No. 11. P. 2660 – 2667.

11. Ni M., Liu S., Chen C. etc. Effect of heat treatment on the microstructural evolution of a precipitation-hardened superalloy produced by selective laser melting // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 748. P. 275 – 285.

12. Chen B., Moon S.K., Yao X. Strength and strain hardening of a SLM AlSi10Mg alloy // Scripta Materialia. 2017. Vol. 141. P. 45 – 49.

13. Saeidi K., Gao X., Zhong Y., Shen Y. Hardened austenite steel with columnar sub-grain structure formed by laser melting // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 625. P. 221 – 229.

14. Salman O.O., Gammer C., Chaubey A.K. etc. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical properties of 316L steel synthesized by SLM // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 748. P. 205 – 212.

15. Базалеева К.О., Цветкова Е.В., Балакирев Э.В. и др. Термическая стабильность ячеистой структуры аустенитного сплава, формируемой при селективном лазерном плавлении // Метал- лы. 2016. № 3. C. 31 – 39.

16. Riemer A., Leuders S., Thone M. On the fatigue crack growth behavior in 316L SS manufactured by SLM // Engineering Fracture Mechanics. 2014. Vol. 120. P. 15 – 25.

17. Birnbaum A., Steuben J., Barrick J. etс. Intrinsic strain aging, Σ3 boundaries, and origins of cellular substructure in additively manufactured 316L // Additive Manufacturing. 2019. Vol. 29. Article 100784.

18. Nadutov V.M. Hyperfine interactions in austenitic nitrogen steels // Proc. of the 3rd Int. Conf “High Nitrogen Steels”, September, 14 – 16, 1993, Kiev, Ukraine. Ed. by V.G. Gavriljuk and V.M. Nadutov. 1993. P. 78 – 82.

19. Grujicic M., Owen W.S. Models of short-range order in a facecentered cubic Fe–Ni–Cr alloy with a high concentration of nitrogen // Acta Metallurgica et Materialia. 1995. Vol. 43. No. 11. P. 4201 – 4211.

20. McLellan R.B. Cell models for interstitial solid solution // Acta Metallurgica. 1982. Vol. 30. No. 1. P. 317 – 322.

21. Ko C., McLellan R.B. Thermodynamics of ternary Fe–Ni–N-austenites // Journal of Physics and Chemistry of Solids.1983. Vol. 44. No. 7. P. 685 – 689.

22. Ko C., McLellan R.B. Thermodynamics of ternary nitrogen austenites // Acta Metallurgica. 1983. Vol. 31. No. 11. P. 1821 – 1827.

23. Numakura Hiroshi, Miura Masaaki etс. Nitrogen trapping to chromium in α-iron studied by internal friction and magnetic after effect techniques // ISIJ Int. 1996. Vol. 36. No. 3. P. 290 – 299.

24. Суязов А.В., Усиков М.П., Могутнов Б.М. Исследование структурных превращений в сплавах железо-азот // Физика Металлов и Металловедение. 1976. Т. 42. № 4. C. 755 – 763.

25. Гаврилюк В.Г., Надутов В.М., Гладун О.В. Распределение азота в аустените Fe–N // Физика Металлов и Металловедение. 1990. № 3. C. 128 – 134.


Для цитирования:


Цветкова Е.В., Базалеева К.О., Чекин И.С., Климова-Корсмик О.Г., Жидков А.С. Азотирование сталей различных структурных классов, полученных методами лазерных аддитивных технологий. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2020;63(1):63-70. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-63-70

For citation:


Tsvetkova E.V., Bazaleeva K.O., Chekin I.S., Klimova-Korsmik O.G., Zhidkov A.S. Nitriding of steels of various structural classes manufactured by laser additive technologies. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2020;63(1):63-70. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2020-1-63-70

Просмотров: 213


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


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