Структура и механические свойства поверхности легированных инструментальных сталей стационарного ножа от стригальной машины модифицированных ВЧИ-плазмой

Васильев И. И.; Абдуллин И. Ш.

ПРИКЛАДНАЯ ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 621.9

И. И. Васильев, И. Ш. Абдуллин

СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТИ ЛЕГИРОВАННЫХ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ СТАЦИОНАРНОГО НОЖА ОТ СТРИГАЛЬНОЙ МАШИНЫ

МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВЧИ-ПЛАЗМОЙ

Ключевые слова: сталь 1.2220/Cr12Vтурецкого производства, металлографический анализ, ВЧИ-плазменная обработка.

Исследована поверхность стали марки 1.2220/Cr12V стационарного ножа турецкого производства обработанного в ВЧИ-плазме. Показано, что после обработки ВЧИ-плазмой на поверхности слой FexNy повышенной твердости образуется только на мартенсите, микротвердость которого составляет 9,6^9,8 ГПа.

Keywords: steel 1.2220/Cr12V- made in Turkish, metallographic analysis, high-frequency induction plasma processing.

We study the surface of steel of a stationary knife 1.2220/Cr12V of Turkish production, which is processed in the plasma. It is shown that only layer FexNy is formed martensite, after treatment in high-frequency induction plasma

microhardness of martensite increases up to 9,6 + 9,8 GPa.

Введение

Для улучшения свойств защитных покрытий перед нанесением на инструментальные стали проводят очистку, финишную подготовку поверхности ВЧ-плазмой пониженного давления. Проведение обработки ВЧИ-плазмой поверхности инструмента обеспечивает высокоэффективную микроочистку поверхности инструмента при температурах ниже, чем температура отпуска инструментального материала, в частности, инструментальной стали. Нанесение на обработанную ВЧИ-плазмой в азоте поверхность, обладающего значительной кристаллохимической совместимостью с последующим нитридным покрытием и материалом инструмента, снижает напряжения на границе их раздела и повышает адгезию между ними.

Материал и методика эксперимента

Образец изготавливался из инструментальной стали турецкого стационарного ножа от стригальной машины. Марка стали по немецкому стандарту DIN: 1.2220 - Cr12V

Химический состав стали:

C Cr Ni V P S

1.20- 1.40 12.8 0,28 0.70- 0.90 <0.030 <0.030

Эксперименты проводились на ВЧ-плазменной установке индукционного разряда (частота генератора 1,76 МГц). Установка позволяет регулировать: потребляемую мощность в диапазоне от 0,5 до 5 кВт, рабочее давление от 13,3 до 133 Па, расход плазмообразующего газа до 0,12 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовался технический аргон и азот. Подробное описание установки представлено в [1].

Плазменную модификацию поверхности осуществляли в вакууме 80-90 Па, расходе газа

0,08 г/с, мощности разряда 2,0 кВт. После обработки 20 минут в аргоне в плазмотрон подается азот+аргон в соотношении 30+70%. Обработка продолжалась 40 минут. Режимы определены на основании ранее проведенных исследований [2].

Для изучения структуры и микроструктуры поверхностного слоя использовался

металлографический анализ. Микротвердость слоя и зерен стали определяли с помощью микротвердомера ПМТ-3.

Результаты исследований и их обсуждение

Изучение структуры поверхности обработанного и контрольного образцов из стали 1.2220/Cr12V (рис. 1) показало, что после обработки ВЧИ плазмой на поверхности образуется слой FexNy и в ней выделяется белая карбидная фаза из Сг7С3 в виде больших зерен, средняя площадь одного зерна составляет 48 мкм2. Для количественной оценки структуры применяли линейный метод Розиваля. Метод позволяет определить величину удельной поверхности структурной составляющей. В стали Cr12V доля площади карбидной фазы находится на уровне 26-30%.

Рис. 1 - Поверхность (без химического травления) образца обработанного в ВЧИ-плазме

Как видно из рисунка 1 на карбиде хрома пленка не образуется, это объясняется тем, что карбидная фаза с ГЦК кристаллической решеткой более устойчива к ионному травлению при таких режимах обработки.

Для выявления микроструктуры применяли метод химического травления 4% раствором азотной кислоты в этиловом спирте. На рисунке 2 представлена структура поверхности

инструментальной стали 1.2220/Сг12У, которая состоит из белых больших зерен карбида хрома и маленьких сфероидальных частиц

сложнолегированных карбидов (Рв,М)бС в матрице мартенсита [3].

б

Рис. 2 - Поверхность образцов. Травление 4% раствором азотной кислоты в спирте: а -

микроструктура контрольного образца, б -

микроструктура образца обработанного в ВЧИ-плазме

Микротвердость структурных элементов стали определяли по ГОСТ 9450-76. У контрольного образца твердость карбидной фазы составляет 9,1^9,3 ГПа, а мартенсита 6,0^6,2 ГПа. После плазменной обработки измеряли твердость нитридного слоя, она находилась на уровне 9,6^9,8 ГПа. У карбидов твердость, а так же объемная доля (26-30%) не изменилась. После удаления нитридного слоя Н2 мкм обработанных в ВЧИ плазме образцов измерения твердости мартенситных структур показали, что твердость мартенсита составляет 9,0^9,4 ГПа, которая выше на 33% по сравнению с мартенситом необработанного образца. Более темное травление матрицы мартенсита обработанного образца, по сравнению с контрольным образцом (рис.2), согласно данных [4], характерно для азотистого мартенсита, содержащего мелкодисперсную нитридную фазу и характеризуется как одна из наиболее твердых составляющих азотированных слоев.

Таким образом, на поверхности стали стационарного ножа турецкого производства от стригальной машины получен переходной слой из FexNy обеспечивающий кристаллохимическую совместимость между материалом ножа и с последующим нитрид-титановым покрытием.

Полученные экспериментальные данные

свидетельствуют о том, что ВЧИ плазменная

обработка поверхности инструментальных сталей при давлении в камере 80-90 Па, расходе газа Ar+N2 0,08 г/с, мощности разряда 2,0 кВт позволяет получить мелкодисперсную нитридную фазу с повышенной твердостью мартенсита.

Литература

1. Абдуллин И.Ш. Модификация нанослоев в

высокочастотной плазме пониженного давления /

И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, И.Р. Сагбиев,

М.Ф.Шаехов. - Казань: Изд-во Казан. технол. ун-та, 2007. - 356 с.

2. Сагбиев И.Р. Исследование характеристик высокочастотного индукционного разряда пониженного давления при обработке материалов в смеси газов// Вестник Казан. технол. ун-та. - 2007, № 3-4. - С. 299-303.

3. Harry Chandler. Heat Treater's Guide: Practices and Procedures for Irons and Steels. ASM International, 1995.

4. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М., «Машиностроение», 1976.

54

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Васильев И. И., Абдуллин И. Ш.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Васильев И. И., Абдуллин И. Ш.