Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

Особенности формирования микроструктуры, элементного и фазового составов и свойств стали 170Х14Г3С3Н1ФР1 в условиях литья и импульсно-плазменного напыления

Ю. Г. Чабак1, Т. В. Пастухова1, В. Г. Ефременко1, К. Шимидзу2, А. П. Чейлях1, В. И. Зурнаджи1

1Приазовский государственный технический университет, ул. Университетская, 7, 87500 Мариуполь, Украина
2Muroran 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 (Fe3,8Cr2,9Mn0,3)7C3 и карбобориды (Fe1,4Cr0,6Mn0,1)2(С,B) и (Fe3,3Cr1,5Mn0,2)5(С,B2)3, а также эвтектики «аустенит + М7С3» и «аустенит + М7С3 + Мх(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 (М7С3) и карбоборидных (М2(С,B) и М5(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


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. И. И. Цыпин, Белые износостойкие чугуны (Москва: Металлургия: 1983).
  2. V. G. Efremenko, K. Shimizu, A. P. Cheiliakh, T. V. Pastukhova, Yu. G. Chabak, and K. Kusumoto, Int. J. Miner. Metall. Mater., 23, Iss. 6: 645 (2016). Crossref
  3. D. Kopyciński, E. Guzik, and A. Szczęsny, Arch. Metall. Mater., 59, Iss. 2: 723 (2014). Crossref
  4. M. Youping, L. Xiulan, L. Yugao, Z. Shuyi, and D. Xiaoming, China Foundry, 9, Iss. 2: 148 (2012).
  5. R. Reda, A. Nofal, Kh. Ibrahim, and A. Hussien, China Foundry, 7, Iss. 4: 438 (2010).
  6. A. Bedolla-Jacuinde, F. V. Guerra, I. Mejía, J. Zuno-Silva, and C. Maldonado, Int. J. Cast Met. Res., 29, Iss. 1–2: 55 (2016). Crossref
  7. V. V. Kukhar and O. V. Vasylevskyi, Metallurgical & Mining Industry, 3: 71 (2014).
  8. J. Xu, X. Gao, Zh. Jiang, and D. Wei, Steel Res. Int., 87, No. 6: 780 (2016). Crossref
  9. H. Chen, Z. Ling, and W. S. Ming, Adv. Mater. Res., 690–693: 147 (2013). Crossref
  10. A. H. Kasama, R. D. Cava, A. Mourisco, C. S. Kiminami, and C. Bolfarini, Mater. Sci. Forum, 416–418: 419 (2003). Crossref
  11. T. T. Matsuo, C. S. Kiminami, W. J. Botta Fo, and C. Bolfarini, Wear, 259, Iss. 1–6: 445 (2005). Crossref
  12. M. L. Ted Guo, C.-H. Chiang, and C. Y. A. Tsao, J. Mater. Sci. Eng. A, 326, Iss. 1: 1 (2002). Crossref
  13. Yu. N. Tyurin and A. D. Pogrebnjak, Surf. Coat. Tech., 111, Iss. 2–3: 269 (1999). Crossref
  14. A. D. Pogrebnyak and Yu. N. Tyurin, Physics Uspekhi, 48, No. 5: 487 (2005). Crossref
  15. O. M. Ivasishin, A. D. Pogrebnjak, and S. N. Bratushka, Nanostructured Layers, and Coatings Formed by Ion-Plasma Fluxes in Titanium Alloys and Steels (Kyiv: Akademperiodyka: 2011).
  16. Y. P. Lei, H. Murakawa, Y. W. Shi, and X. Y. Li, Comput. Mater. Sci., 21, Iss. 3: 276 (2001). Crossref
  17. K. Nowakowska-Langer, R. Chodun, and K. Zdunek, Mater. Sci.-Pol., 33, No. 4: 841 (2015). Crossref
  18. N. Espallargas and S. Mischler, Wear, 270, Iss. 7–8: 464 (2011). Crossref
  19. Yu. E. Kolyada and V. I. Fedun, Probl. Atomic Science and Technol., 4 (98): 325 (2015).
  20. Yu. E. Kolyada, A. A. Bizyukov, O. N. Bulanchuk, and V. I. Fedun, Probl. Atomic Science and Technol., 4 (98): 319 (2015).
  21. V. G. Efremenko, Yu. G. Chabak, A. Lekatou, A. E. Karantzalis, K. Shimizu, V. I. Fedun, A. Yu. Azarkhov, and A. V. Efremenko, Surf. Coat. Technol., 304: 293 (2016). Crossref
  22. Ю. Е. Коляда, В. И. Федун, Вопросы атомной науки и техники, 4 (98): 260 (2008).
  23. С. С. Горелик, Л. Н. Расторгуев, Ю. А. Скаков, Рентгенографический и электроннооптический анализ (Москва: МИСиС: 1994).
  24. V. Kumar, J. Mater. Eng. Perform., 12, Iss. 1: 14 (2003). Crossref
  25. M. Fenech, B. Mallia, M. Grech, and J. C. Betts, J. Mater. Sci., 48, Iss. 5: 2224 (2013). Crossref
  26. I. Hemmati, V. Ocelík, and J. Th. M. De Hosson, J. Mater. Sci., 46, Iss. 10: 3405 (2011). Crossref
  27. ASM Handbook: Alloy Phase Diagram (Eds. H. Okamoto, M. E. Schlesinger, and E. M. Mueller) (Materials Park, Ohio: 2016), vol. 3.
  28. Ю. Г. Чабак, В. Г. Ефременко, Металлофиз. новейшие технол., 34, № 9: 1205 (2012).
  29. Yu. G. Chabak, V. I. Fedun, K. Shimizu, V. I. Zurnadgy, and V. G. Efremenko, Probl. Atomic Science and Technol., 104, No. 4: 100 (2016).