Особенности формирования микроструктуры, элементного и фазового составов и свойств стали 170Х14Г3С3Н1ФР1 в условиях литья и импульсно-плазменного напыления
Ю. Г. Чабак$^{1}$, Т. В. Пастухова$^{1}$, В. Г. Ефременко$^{1}$, К. Шимидзу$^{2}$, А. П. Чейлях$^{1}$, В. И. Зурнаджи$^{1}$
$^{1}$Приазовский государственный технический университет, ул. Университетская, 7, 87500 Мариуполь, Украина
$^{2}$Muroran Institute of Technology, 27 Mizumoto-cho, 050-8585, Muroran, Hokkaido, Japan
Получена: 22.03.2017. Скачать: PDF
В статье описаны микроструктура, микротвёрдость и фазовый химический состав ледебуритной стали 170Х14Г3С3Н1ФР1, полученной импульсно-плазменным напылением, в сравнении с традиционным способом отливки в песчаную форму. В качестве источника плазмы при напылении использован электротермический аксиальный плазменный ускоритель. Параметры обработки: напряжение — 4,0 кВ, амплитуда тока разряда — до 18 кА, рабочая среда — воздух, давление — атмосферное, катод — литая сталь 170Х14Г3С3Н1ФР1. В работе использованы оптическая и электронная микроскопии, энергодисперсионная спектроскопия, рентгеновская дифрактометрия, измерение микротвёрдости. Установлено, что после литья в песчаную форму в структуре стали присутствуют крупные (10–40 мкм в сечении) первичные карбид (Fe$_{3,8}$Cr$_{2,9}$Mn$_{0,3}$)$_7$C$_3$ и карбобориды (Fe$_{1,4}$Cr$_{0,6}$Mn$_{0,1}$)$_{2}$(С,B) и (Fe$_{3,3}$Cr$_{1,5}$Mn$_{0,2}$)$_5$(С,B$_2$)$_3$, а также эвтектики «аустенит + М$_7$С$_3$» и «аустенит + М$_7$С$_3$ + М$_х$(С,B)$_y$». Объёмная доля карбидной и карбоборидной фаз составляет 44,4%. Импульсно-плазменное напыление стали на чугунную подложку приводит к формированию покрытия, состоящего из пересыщенного твёрдого раствора с микротвёрдостью 643–932 $HV$. Постплазменная термическая обработка (закалка от 900°C) обеспечивает протекание твёрдофазной реакции выделения карбидной (М$_7$С$_3$) и карбоборидных (М$_2$(С,B) и М$_5$(С,B)$_3$) фаз из пересыщенного твёрдого раствора в виде дисперсных включений средним размером 0,7 мкм, что в десятки раз меньше включений в литой стали. Плазменное напыление сопровождается насыщением стали углеродом за счёт разложения диэлектрических стенок разрядной камеры (бакелито-бумажный композит) при высокотоковом разряде. Это приводит к росту объёмной доли карбидов и карбоборидов на 10,5% относительно равновесного литого состояния. Микротвёрдость плазменно-напылённой стали после закалки составляет 885–1100 $HV$.
Ключевые слова: импульсно-плазменное напыление, микроструктура, карбиды, карбобориды, микротвёрдость.
URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v39/i04/0491.html
PACS: 61.72.Qq, 62.20.Qp, 81.15.Jj, 81.30.Mh, 81.40.Cd, 81.40.Gh, 87.64.Ee