CC BY
132
УДК 621.723. DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2018.82.0.13
ДОСЛ1ДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 КОМПЛЕКСНОГО 1ОННОГО АЗОТУВАННЯ ДЛЯ МОДИФ1КАЦ11 СТАЛ1
Соболь О.В., Шевченко С.М., Протасенко Т.О., Нацюнальний техшчний ун1верситет «Харк1вський пол1техн1чний шститут»
Анотаця. Надано експериментальм результати впливу процесу комплексного ¡онного азо-тування за р1зними режимами на глибину азотованого шару. Визначено структурм особливо-ст1 поверхневих та приповерхневих шар1в стал1 та характер розподшу мтротвердост1 по перер1зу детал1. Встановлено, що технолог1я комплексного ¡онного азотування для модифтацп стал1 за рахунок глибинного азотування е ефективною та заслуговуе впровадження й розвитку.
Ключов1 слова: ¡онне азотування, комплексна обробка, дифуз1я, глибина змщнення, твер-д1сть, дифракцтм спектри.
Вступ
Щцвищення надшносп елеменив машин i механiзмiв е основним завданням збшьшення 1х ресурсу на цей час. Одним з головних за-собiв його виршення е використання досяг-нень у сферi змщнення поверхш, яю забезпе-чуються новггшми енергозбертаючими та еколопчно безпечними технологiями, що допомагають вирiшувати питання модифша-ци поверхнi на етапах створення, експлуата-цп та ремонту конструкцiйних елеменпв об-ладнання.
Модифiкацiя структури i властивостей поверхнi шляхом азотування дозволяе значно тдвищити 11 твердiсть, зносостшюсть, теп-лостiйкiсть та iншi функцюнальш характеристики, в тому чи^ пiд час експлуатацп в умовах впливiв значних та багатоциклових навантажень. Тому роботи, що спрямоваш на розвиток шновацшних технологiй азотування, е актуальними i затребуваними проми-словiстю.
Анал1з публжацш
Найбiльше промислове використання в наш час отримав метод «тчного азотування» сталей iз застосуванням амiаку за температур вщ 500 до 600 °С. Використання ще1 технологи дозволяе досягати товщини азотованого шару в межах 0,2-0,6 мм за перюд 10-90 годин обробки [1]. Каталггичне азотування iз застосуванням спецiальних каталiзаторiв для дисощаци амiаку дозволяе знизити три-валiсть обробки в печi удвiчi [2].
Значно тдвищити штенсившсть процесу дифузiйного насичення поверхш азотом дозволяе юнне азотування з використанням низькотемпературно! плазми [4]. У цьому випадку, в порiвняннi з термiчним «пiчним азотуванням», значно знижуеться енерпя активацп дифузи [5] й пщвищуеться коефщь ент дифузи [6].
Першi вiтчизнянi теоретичш та експери-ментальнi дослiдження процешв азотування у вакуумi, а саме, обробки у тлдачому розря-д^ вiдносяться до 60-х рокiв минулого сто-лiття, тодi ж, власне, i почалося промислове впровадження ще1 технологи. Найбiльш сут-тевi результати були отримаш пiд керiвницт-вом М. Лахтша (МАД1) i Б.М. Арзамасова (МВТУ iм. Баумана) [1, 4].
В першу чергу, дослщження стосувалися вивчення природи i параметрiв тлiючого роз-ряду стосовно до технолопчного процесу модифшаци поверхнi, його впливу на кiнцевi результати. Тодi ж були проведенi дослщження складу газового середовища у прикатодному простора якi дозволили зро-бити принципово важливий висновок про роль атомарних юшв активного компонента. В цшому доведено, що азотування у тлдачому розрядi за яюстю та iншими властиво-стями модифшованого шару не гiрше газового азотування за ютотно меншо1 (iнодi на порядок) тривалостi та значно1 економп енергоресурсiв.
Так, юнне азотування в газовш плазмi ва-куумно-дугових установок за температур вщ 500 до 600 °С не тшьки дозволяе скоротити
час азотування до 1 години, але й, в порiв-нянш з тчним азотуванням, пiдвищуe вщно-сну зносостiйкiсть азотованого шару [7, 8], дае можливiсть керувати фазовим складом (шляхом змши енергетичних характеристик процесу або стввщношення робочих газiв у сумiшi азоту i аргону), створюе можливiсть для появи нових фаз на основi сполук з азотом [9-11], як не утворюються в умовах зви-чайного насичення азотом за пщвищено! те-мператури [12-14], а також дозволяе позбу-тися шкщливо! ди амiаку [3, 4]. У процесi насичення тд дiею iонного бомбардування в матерiалi значно збiльшуеться концентрацiя структурних дефектiв [15], це сприяе пщви-щенню iнтенсивностi процесiв дифузп, в тому чи^ масопереносу азоту [16].
Таке азотування звичайно проводять тсля термiчноl й мехатчно! обробок [17]. При цьому у процес азотування на вироби пода-ють негативний потенцiал вiд 800 до 1300 В [3], регулюючи його величину таким чином, щоб тдтримувати температуру виробiв у межах вщ 500 до 600 °С при струмах дуги вщ 50 до 100 А. Твердють поверхнi виробiв тс-ля азотування е високою i знаходиться на рiвнi до 11-17 ГПа залежно вiд складу стал1
Однак вищезгаданими засобами немож-ливо азотувати вироби зi сталей з низькими температурами вщпуску, наприклад таких як 9ХС, Х12МФ та ш., оскшьки температура азотування перевищуе температуру вiдпуску.
Крiм того, анатз результатiв експлуата-цiйних випробувань азотованих сталей, що працюють в умовах ударно-циктчних наван-тажень, показав, що утворення на поверхш азотованого високотвердого шару з рiзкою границею роздшу призводить до викришу-вання поверхш. Це пов'язано з тим, що фор-мування тонко! штридно! зони значно зни-жуе пластичнiсть азотованого шару [17]. Тому в останш роки проводяться пошуковi дослiдження технологш, якi дозволяють про-водити процес азотування з бшьшою рiвно-мiрнiстю розподiлу азоту i на бшьшу глиби-
ну [18].
Мета i постановка завдання
Метою дослiдження е вивчення впливу параметрiв процесу низькотемпературного азотування в плазмi несамостiйного дугового розряду низького тиску в поеднанш з пода-льшою термiчною обробкою на структуру i властивостi поверхневих i приповерхневих шарiв пуансонiв зi сталi 9ХС.
Методика та основний матерiал дослiдження
У роботi використовувався метод азотування сталевих виробiв у вакуумно-дуговому газовому розрядi [1]. Цей спосiб реалiзують в установщ з вакуумною камерою, обладна-ною вакуумно-дуговими випарниками. На рис. 1 наведено схему установки «Булат-6», яка призначена для азотування в дуговому газовому розряду
Рис. 1. Принципова схема вакуумно-дугово! установки типу «Булат-6» для юнного азотування: 1, 4, 5 - вакуумно-дуговi ви-парники; 2 - вакуумна камера; 3 - щшин-ний екран; 6, 7 - джерела живлення газового розряду; 8 - азотоваш вироби; 9 -високовольтне джерело; 10 - поворотний пристрш; 11 - натискач
Азотувалась пар^я пуансошв зi сталi 9ХС (рис. 2) у сташ постачання. Азотування про-водилося тсля попереднього вщкачування до тиску 0,003 Па i тиску азоту (при напуску азоту) 0,3 Па. Регулюючи позитивний потен-щал у межах вщ 100 до 150 В, тдтримува-лась температура азотування 500-600 °С протягом одше! години.
Рис. 2. Загальний вигляд пуансона
Термообробка тсля азотування здшсню-валася в муфельнш печi та складалась iз гар-тування й низького вщпуску, а саме: деталi гартувались (температура нагрiвання - 820 °С, час витримування - т = 20 хв, охолодження -
в олив^, далi вщпускались за температур 150 °С (режим № 2) та 250 °С (режим № 3). Пюля цього проводили мехашчну обробку (доводку): знiмався припуск до 200 мкм. Режим №1 подiбний режиму №2, але без зняття припуску (рис. 3).
Рис. 3. Мкрострукгура стал 9ХС пiсля комплексного азотування за режимом №1 (х 50)
Згщно стандарту DIN 50190, частина 3, глибина азотованого шару визначалась на пiдcтавi вимiрювання твердост (рис. 4). Метод застосовуеться для азотованих деталей неза-лежно вiд властивостей азотованого шару.
шар з низькою мкротвердютю 2 800 МПа, глибиною до 210 мкм, тому шсля цього режиму необхщна мехашчна обробка для знят-тя цього шару.
7000
МПа
£ чш
о
Ц i™
<D
[3 ¡jjj о
« :i:iSI) %
1000
6650
6600
□ - Середня твердють змщненого шару; □ - твердють серцевини; □ - прирют твердост1
Рис. 5. Результати вим1рювання мкротвердо-CTi стал1 9ХС пюля комплексно!' обробки (азотування, гартування i вщпуску) за режимами 2 i 3 (1 - вщпуск 150 °С), (2 - Bi-дпуск 250 °С)
100С
мкм
к к
cd «
К
к ю К
ё
Рис. 4. Визначення глибини азотування методом вим1рювання мкротвердосл
Глибина азотованого шару визначаеться як вщстань вщ поверхш в нормальному до неi напрямку до точки, в якш твердють вщповщае встановленому граничному зна-ченню (твердють стал шсля термiчноi обробки без азотування).
На рисунках 5, 6, надаш пiдсумковi дiаг-рами рiвня та глибини змщнення в результатi комплексного юнного азотування сталi 9ХС.
Комплексне юнне азотування за режимом, який включае в себе азотування та термiчну обробку (рис. 3), формуе на поверхш зразка значний зневуглецьований (технолопчний)
Рис. 6. Результати вимiрювання глибини зо-ни змiцнення сталi 9ХС шсля комплексно! обробки (азотування, гартування i вщпус-ку) за режимами 2 i 3 (1 - вщпуск 150 °С), (2 - вщпуск 250 °С)
Комплексне юнне азотування за режимом з низьким вщпуском 150 °С, що включае в себе мехашчну обробку, формуе структуру з мкротвердютю 6 180-6 650 МПа; мкротвер-дють серцевини становить 5 400- 5 500 МПа. Прирют твердост пюля ще! обробки становить 1 250 МПа, розмiр зони змщнення 920 мкм.
Комплексне юнне азотування за режимом з мехашчною обробкою та вщпуском 250 °С формуе структуру з мкротвердютю 6600 МПа,
мжротвердють серцевини становить 3 4003 600 МПа. Прирют твердост1 шсля ц1е1 об-робки становить 3 100 МПа, розм1р зони змь цнення - 560 мкм.
За даними рентген1вськох дифрактометрп (Сиьа), структура змщненого шару склада-еться 1з двофазнох композици: а-твердого розчину та зерен нприду Fe4N, структура е др1бнодисперсною, з розм1ром областей когерентного розсшвання близько 10 нм.
В якосп рекомендацп пропонуеться дета-л1 шсля комплексноi обробки, крш мехатч-но! обробки 1з припуском до 200 мкм, прово-дити доводку чистовим шл1фуванням 1з припуском 20-40 мкм для отримання високого класу шорсткосл.
Пор1внюючи режими №2 1 №3, можна ви-значити, що прирют змщнення вище шсля режиму №3, з бшьш високою температурою выпуску - 250 °С, а розм1р зони змщнення бшьше шсля режиму №2 з выпуском 150 °С (хоча значення глибини зони змщнення по-винш бути практично однаковими, а р1зниця пояснюеться нер1вном1рн1стю процес1в пере-творення структури з р1зних сторш детал1 (рис. 7, а, б).
б (х50 )
Рис. 7. Мжроструктура пуансону з1 стал1 9ХС шсля комплексного азотування за режимом №2 (выпуск 150 °С (а, б - р1зш сторони одного зразка)
В обох режимах значення мшротвердосл поверхневоi змiцненоi зони практично не в1др1зняеться (6 600 МПа).
Висновки
1. Комплексна обробка методом юнного азотування дозволяе збшьшити глибину про-никнення азоту, тобто рiвень змiцнення по-верхнi (1 250-3 100 МПа).
2. Оптимальним режимом обробки в рамках даного дослщження е режим №3, з выпуском 250 °С.
3. У процес комплексноi обробки виникае глибокий технологiчний шар, тому необх1дно обов'язково проводити кiнцеву мехашчну обробку.
4. П1д час проведення комплексноi обробки треба враховувати положення деталi в1д-носно потоку юшв азоту, для формування бiльш рiвномiрного шару.
5. Рекомендуеться проведення обов'язко-вого чистового шлiфування для зняття зали-шку технологiчного шару глибиною 2040 мкм.
Досл1дження показало, що комплексне юнне азотування для модифiкацii сталi е ефективним та перспективним методом змь цнення за рахунок глибинного легування азотом. При цьому значно прискорюеться процес азотування, оск1льки атоми азоту ле-гше проникають у незагартовану сталь, час
азотування не перевищуе 1 години. Але було виявлено ряд недолшв та проблем цього комплексного методу, а саме: нерiвномiр-шсть глибини зони змщнення по перерiзу детали рiзну глибину технолопчного шару, який необх1дно шлiфувати.
Отримаш в роботi результати стали основою для спрямованоi модифiкацii поверхш промислових партiй пуансонiв рiзного при-значення. В наш час проводяться !х вироб-ничi випробування i накопичення статистич-них даних.
Лггература
1 Лахтин Ю. М. Теория и технология азотирования / Ю. М. Лахтин, Я. Д. Коган, Г. И. Шпис, З. Бемер. - М.: Металлургия, 1991.
- 320 с. https://lib-bkm.ru/13980
2. Зинченко В. М. Азотный потенциал: современное состояние проблемы и концепция развития / В. Я. Сыропятов, Б. А. Прусаков, Ю. А. Перекатов. - М.: ФГУП «Издательство «Машиностроение», 2003.
- 90 с. https пака1. ги/ upload/iblock/d82/d8263aa73e3dec953ddb28 d02dbad03e.pdf
3. Андреев А.А. Вакуумно-дуговые покрытия / А. А. Андреев, Л. П. Саблев, С. Н. Григорьев. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2010. -
317 с. https://www.twirpx.com/
file/1188327/
4. Арзамасов Б. Н. Ионная химико-термическая обработка сплавов / Б. Н. Арзамасов, А. Г. Братухин, Ю. С. Елисеев, Т. А. Панайоти // - М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 1995. - 400 с.
5. Torchane L. Control of iron nitride layers growth kinetics in the binary Fe-N system / L. Torchane, P. Bilger, J. Dulcy, M. Gantois // Metallurgical and Materials Transactions A. - 1996. - Vol. 27, Iss.7. - P.1823-1835. https://doi.org/10.1007/BF02651932
6. Pinedo C. E. On the kinetics of plasma nitrid-ing a martensitic stainless steel type AISI 420 / C. E. Pinedo, W. A. Monteiro // Surface and Coatings Technology. - 2004.
- Vol. 179. - P. 119-123. DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00853-3
7. Manova D. Microstructure of nitrogen implanted stainless steel after wear experiment / D. Manova, D. Hirsch, E. Richter, S. Mandl, H. Neumann, B. Rauschenbach // Surface and Coatings Technology. - 2007.
- Vol. 201. - Iss. 19-20. - P. 8329-8333. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.10.060
8. Wei C. C. Analyses of Material Properties of Nitrided AISI M2 Steel Treated by Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) Process / C. C. Wei // Advanced Science Letters. -2012. - Vol. 12. - Iss. 1. - P. 148-154. DOI: 10.1166/193666112800850833
9. Williamson D. L. Metastable phase formation and enhanced diffusion in f.c.c. alloys under high dose, high flux nitrogen implantation at high at low ion energies / D. L. Williamson, O. Ozturk, R. Wei, P. J. Wilbur // Surface and Coatings Technology. - 1994. - Vol. 65.
- P. 15-23. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(94)80003-0
10. Yang S. Development of advanced duplex surface systems by combining CrAlN multilayer coatings with plasma nitrided steel substrates / S. Yang, K. Cooke, H. Sun, X. Li, K. Lin, H. Dong. // Surface & Coatings Technology. - 2013. - V. 236. - P. 2-7. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2013.07.017
11. Sobol O. V. Structural engineering vacuum-plasma coatings interstitial phases / O. V. Sobol // Journal of Nano- and Electronic Physics. - 2016. - Vol. 8. - Iss. 2.
- P. 02024 1.2. DOI: 10.21272/jnep.8(2).02024
12. Campos M. Improving the empirical model for plasma nitride AISI 316L corrosion resistance based on Mossbauer spectroscopy /
M. Campos, S. D. de Souza, de S. Souza, M. Olson-Dionysio // Huperfine Interact.
- 2011. - Vol. 203. - P. 105—112. DOI: 10.1007/s10751-011-0351-3
13. Ozturk O. Phase and composition depth distribution analyses of low energy, high flux N implanted stainless steel / O. Ozturk, D. L. Williamson // Journal of Applied Physics. - 1995. - Vol. 77. - P. 38-39. https://doi.org/10.1063/1.358561
14. Fernandes B. B. Mechanical properties of nitrogen-rich surface layers on SS 304 treated by plasma immersion ion implantation /
B. B. Fernandes, S. Mändl, S. M. Oliveira, M. Ueda // Applied Surface Science. - 2014. -Vol. 310. - P. 278-283 doi: 10.1016/j.apsusc.2014.04.142.
15. Köster K. Material condition tailored to plasma nitriding process for ensuring corrosion and wear resistance of austenitic stainless steel / K. Köster, P. Kaestner, G. Bräuer, H . Hoche, T. Troßmann, M. Oechsner // Surface and Coatings Technology. - 2013. -Vol. 228 (1). - P. S615-S618. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2011.10.059
16. Maistro G. Thermal decomposition of N-expanded austenitein 304Land 904Lsteels / G. Maistro, S. Pérez-García, M. Norell, L. Nyborg, Y. Cao // Surface Engineering.
- 2017. - Vol. 33 (4). - P. 319-326. DOI: 10.1080/02670844.2016.1262989
17. Григорьев С. Н. Модификация структуры и свойств быстрорежущих сталей путем комбинированной вакуумно-плазменной обработки / С. Н. Григорьев, А. С. Метель,
C. В. Федоров // Металловедение и термическая обработка. - 2012. - Т. 679 (1). - C. 9-14. http://mitom.folium.ru/ contents/2012/2012-01.php
18. Богачев И. И. Разработка технологии глубокого ионно-плазменного азотирования / И. И. Богачев, В. Н. Климов // Научная дискуссия: вопросы технических наук. -2016. - Т. 33 (№3). - C. 53-56. http://internauka.org/archive2/tex/3(33).pdf
Reference
1. Lahtin Yu. M. Teoriya i tehnologiya azotirovaniya [Theory and technology of ni-triding] / Yu. M. Lahtin, Ya. D. Kogan, G .I. Shpis, Z. Bemer // - М.: Metallurgiya, 1991. - 320 s. [in Russiаn] https://lib-bkm.ru/13980
2. Zinchenko V. M. Azotnyiy potentsial: sov-remennoe sostoyanie problemyi i kontseptsi-ya razvitiya [Nitrogen potential: current state
18
Вестнмк XHAfly, Bun. 82, 2018
problems and development concept] / V. Ya. Syiropyatov, B. A. Prusakov, Yu. A. Pereka-tov // - M.: FGUP «Izdatelstvo «Mashi-nostroenie», 2003. - 90 s. [in Russian] https://www.nakal.ru/upload/iblock/d82/d826 3aa73e3dec953ddb28d02dbad03e.pdf
3. Andreev A. A. Vacuumno-dugovye pokrytiya
[Vacuum arc coatings] / A. A. Andreev, L. P. Sablev, S. N. Grigoriev // Kharkov: NNC HFTI, 2010, - 317 s. [in Russian] https://www.twirpx.com/file/1188327/
4. Arzamasov B. N. Ionnaya khimiko-termicheskaya obrabotka splavov [Ionic chemical heat treatment of alloys] /
B. N. Arzamasov, A. G. Bratukhin, Yu. S. Eliseev, T. A. Panayoti // - M .: MGTU im. Bauman, 1995. - 400 s. [in Russian]
5. Torchane L. Control of iron nitride layers growth kinetics in the binary Fe-N system / L. Torchane, P. Bilger, J. Dulcy, M. Gantois // Metallurgical and Materials Transactions A. - 1996. - Vol. 27, Iss.7. - P.1823-1835. https://doi.org/10.1007/BF02651932
6. Pinedo C. E. On the kinetics of plasma nitrid-ing a martensitic stainless steel type AISI 420 / C. E. Pinedo, W. A. Monteiro // Surface and Coatings Technology. - 2004.
- Vol. 179. - P. 119-123. DOI: 10.1016/S0257-8972(03)00853-3
7. Manova D. Microstructure of nitrogen implanted stainless steel after wear experiment / D. Manova, D. Hirsch, E. Richter, S. Mandl, H. Neumann, B. Rauschenbach // Surface and Coatings Technology. - 2007.
- Vol. 201. - Iss. 19-20. - P. 8329-8333. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.10.060
8. Wei C. C. Analyses of Material Properties of Nitrided AISI M2 Steel Treated by Plasma Immersion Ion Implantation (PIII) Process /
C. C. Wei // Advanced Science Letters. -2012. - Vol. 12. - Iss. 1. - P. 148-154. DOI: 10.1166/193666112800850833
9. Williamson D.L. Metastable phase formation and enhanced diffusion in f.c.c. alloys under high dose, high flux nitrogen implantation at high at low ion energies / D. L. Williamson, O. Ozturk, R. Wei, P.J. Wilbur // Surface and Coatings Technology. - 1994. - Vol. 65. -P. 15-23. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(94)80003-0
10. Yang S. Development of advanced duplex surface systems by combining CrAlN multilayer coatings with plasma nitrided steel substrates / S. Yang, K. Cooke, H. Sun, X. Li, K. Lin, H. Dong. // Surface & Coatings Tech-
nology. - 2013. -V. 236. - P. 2-7. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2013.07.017
11. Sobol O. V. Structural engineering vacuum-plasma coatings interstitial phases /
0. V. Sobol // Journal of Nano- and Electronic Physics. - 2016. -Vol. 8, Issue 2. - P. 02024 1.2. DOI: 10.21272/jnep.8(2).02024
12. Campos M. Improving the empirical model for plasma nitride AISI 316L corrosion resistance based on Mössbauer spectroscopy / M. Campos, S. D. de Souza, de S. Souza, M. Olson-Dionysio // Huperfine Interact.
- 2011. - Vol. 203. - P. 105-112. DOI: 1 0 . 1007/s10751 -011-0351-3
1 3 . O zturk O. Phase and composition depth distribution analyses of low energy, high flux N implanted stainless steel / O. Ozturk,
D. L. Williamson // Journal of Applied Physics. - 1995. - Vol. 77. - P. 38-39. https://doi.org/10.1063/L358561
14. Fernandes B. B. Mechanical properties of nitrogen-rich surface layers on SS 304 treated by plasma immersion ion implantation / B. B. Fernandes, S. Mändl, S. M. Oliveira, M. Ueda // Applied Surface Science. - 2014. -Vol. 310. - P. 278-283 doi: 10.1016/j.apsusc.2014.04.142.
1 5 . Köster K. Material condition tailored to plasma nitriding process for ensuring corrosion and wear resistance of austenitic stainless steel / K. Köster, P. Kaestner, G. Bräuer, H. Hoche, T. Troßmann, M. Oechsner // Surface and Coatings Technology. - 2013. -Vol. 228 (1). - P. S615-S618. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2011.10.059
16. Maistro G. Thermal decomposition of N-expanded austenitein 304Land 904Lsteels / G. Maistro, S. Pérez-García, M. Norell, L. Nyborg, Y. Cao // Surface Engineering.
- 2017. - Vol. 33 (4). - P. 319-326. DOI: 10.1080/02670844.2016.1262989
17. Grigorev S. N. Modifikatsiya strukturyi i svoystv byistrorezhuschih staley putem kom-binirovannoy vakuumno-plazmennoy obrabotki [Modification of the structure and properties of high-speed steels by a combined vacuum-plasma processing] / S. N. Grigorev, A. S. Metel, S. V. Fedorov // Metallovedenie i termicheskaya obrabotka. -2012. - T. 679 (1). - S. 9-14. [in Russian] http://mitom.folium.ru/contents/2012/2012-
01.php
18. Bogachev I. I. Razrabotka tehnologii glubokogo ionno-plazmennogo azotirovaniya [Development of deep ion-plasma nitriding technology]/ I. I. Bogachev, V. N. Klimov //
Nauchnaya diskussiya: voprosyi tehnicheskih nauk. - 2016. - T. 33 (№ 3). - S. 53-56. [in Russiаn]
http://internauka.org/archive2/tex/3(33).pdf
Соболь Олег Валентинович - доктор ф1зи-ко-математичних наук, Нацюнальний техш-чний ушверситет «Харювський полггех-шчний шститут», професор кафедри «Мате-р1алознавство», тел.: (057) 707 - 64 -35 E-mail: [email protected] Шевченко Свгглана Михайшвна - Нацюнальний техшчний ушверситет «Харювський полггехшчний шститут», старший викладач кафедри «Матер1алознавство», тел.: (057) 707 - 64 -35 E-mail: [email protected] Протасенко Тетяна Олександрiвна — Нацюнальний техшчний ушверситет «Харювський полггехшчний шститут», доцент кафедри «Матер1алознавство», тел.: (057) 707 - 64 -35
INVESTIGATION OF EFFICIENCY OF COMPLEX ION NITRIDING FOR STEEL MODIFICATION Scbcl O.V, Shevchenko S.M., Protasenko T.O., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute»
Abstract. Problem. The development of integrated ion nitriding technology is actual for industrial production. This method is in the development stage, especially for steels that are not classical for nitriding, for example, cheap and available steel 9XC for production. The goal of the research is to study the influence parameters of the process of low-temperature nitriding in plasma of a non-independent low-pressure arc discharge on structure and properties of the surface and near-surface layers of punches from steel 9XC in combination with subsequent heat treatment. Results. The research solved the following tasks: 1. A metallographic analysis of 9XC steel samples after complex ion nitriding is carried out, which includes nitriding and subsequent heat treatment (quenching and tempering at various temperatures). 2. Measured microhardness of surface and near-surface layers in depth. 3. Phase analysis is done. 4. Determined depths of nitrogen-hardened layers and their morphological features. 5. Conclusions are made on the practical use of integrated ion
nitriding technology. Practical value. For hardening punches of steel 9XC method of complex processing are proposed and tested in the work. It includes ni-triding in a vacuum gas discharge before quenching and tempering. At the same time, the process of diffusion of nitrogen atoms is significantly accelerated (since nitrogen atoms more easily penetrate non-hardened steel), which leads to an increase in the depth to the penetration of nitrogen atoms and a change in structure and hardness. It was established that, by properties, the impact area is divided into a surface layer (with a thickness of about 200 ¡m) with a lower hardness and a deeper working layer with a higher hardness. The size of the strengthening zone is 560-920 ¡1m.
At the same time, increased hardness compared to the main structure without nitriding is remained at a depth exceeding 2000 ¡m. The surface layer of parts with low hardness must be mechanically processed to obtain the required dimensional accuracy and roughness. The surface hardness of the punches made of steel 9XC after such treatment is at the level of 6600 MPa. The phase composition of the nitrated layer with high hardness consists of the lower nitride of Fe4N and a solution of nitrogen in a-Fe. The results obtained are relevant for steel with a low tempering temperature.
Key words: ion nitriding, complex processing, diffusion, depth of action, hardness, diffraction spectra.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ КОМПЛЕКСНОГО ИОННОГО АЗОТИРОВАНИЯ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ СТАЛИ Соболь О.В., Шевченко С.М., Протасенко Т.А., Национальный технический ушверситет «Харьковский политехнический институт»
Аннотация. Предоставлены экспериментальные результаты влияния процесса комплексного ионного азотирования по разным режимам на глубину упрочненного слоя. Определены структурные особенности поверхностных и приповерхностных слоев стали и характер распределения микротвердости по сечению детали. Установлено, что технология комплексного ионного азотирования для модификации стали за счет глубинного азотирования является эффективной и заслуживает внедрения и развития.
Ключевые слова: ионное азотирование, комплексная обработка, диффузия, глубина упрочнения, твердость, дифракционные спектры.
