Модификация фазового состава и микротвердости поверхностного слоя быстрорежущей стали при комбинированном плазменном и термическом воздействии

  • Николай Николаевич Черенда Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Владимир Васильевич Углов Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Михайлович Кашевский Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Валентин Миронович Асташинский Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь
  • Антон Михайлович Кузьмицкий Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

Аннотация

Исследованы фазовый и элементный составы, микротвердость поверхностного слоя системы NbC - быстро-режущая сталь, подвергнутой комбинированному воздействию компрессионных плазменных потоков и термической обработке. Изучены структура и свойства модифицированного слоя с помощью рентгеноструктурного анализа, растровой электронной микроскопии, энергодисперсионного микроанализа и измерения микротвердости. Установлено, что плазменное воздействие на систему NbC - быстрорежущая сталь приводит к растворению карбидов и формированию нитридов ниобия ε-NbN и β-Nb2N. С увеличением значения плотности энергии, поглощенной поверхностью, происходит уменьшение концентрации ниобия в анализируемом слое. Растворение карбидов ведет к снижению величины микротвердости. Последующий отжиг на воздухе при температуре 600 С в течение 9 ч позволяет увеличить микротвердость в 1,3 раза по сравнению с исходным образцом стали.

Биографии авторов

Николай Николаевич Черенда, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физики твердого тела физического факультета

Владимир Васильевич Углов, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой физики твердого тела физического факультета

Александр Михайлович Кашевский, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

инженер кафедры физики твердого тела физического факультета

Валентин Миронович Асташинский, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор физико-математических наук; заместитель директора по научной работе

Антон Михайлович Кузьмицкий, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории физики плазменных ускорителей

Литература

  1. Grigoriants A. G. Osnovy lazernoi obrabotki materialov [Fundamentals of laser processing of materials]. Moscow : Mashinostroenie, 1989 (in Russ.).
  2. Samotugin S. S., Nesterov O. Yu. [Complex volumetric-plasma treatment of high-speed steel]. Fiz. i khim. obrabotki mater. = Inorg. Mater.: Appl. Res. Phys. Chem. Mater. Treat. 2002. No. 5. P. 14–17 (in Russ.).
  3. Ivanov Yu., Matz W., Rotshtein V., et al. Pulsed electron-beam melting of high-speed steel: structural phase transformations and wear resistance. Surf. Coat. Technol. 2002. Vol. 150. P. 188–198.
  4. Kac S., Kusinski J. SEM and TEM microstructural investigation of high-speed tool steel after laser melting. Mater. Chem. Phys. 2003. Vol. 81. P. 510–512.
  5. Xian-xiu Mei, Sheng-zhi Hao, Teng-cai Ma, et al. Microstructure and wear resistance of high-speed steel treated with intense pulsed ion beam. Nucl. Instrum. Methods in Phys. Res. 2005. Vol. B 239. P. 152–158.
  6. Cherenda N. N., Uglov V. V., Bibik N. V., et al. Modification of Structure and Mechanical Properties of High Speed Steel P18 at Combined Plasmaand Thermal Treatment. J. Surf. Investig. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2011. Vol. 5, No. 2. P. 305–309.
  7. Leyvi A. Ya., Cherenda N. N., Uglov V. V., et al. The impact of a shock-compressed layer on the mass transfer of target material during processing compression plasma flows. Resour.-Effic. Technol. 2017. Vol. 3. P. 222–225.
  8. Cherenda N. N., Malashevich A. A., Uglov V. V., et al. The structure and phase composition of the U9 steel surface layer alloyed with chromium atoms under the action of compression plasma flows. J. Belarus. State Univ. Phys. 2017. No. 2. P. 102–107 (in Russ.).
  9. Abdul Aleem B. J., Hashmi M. S. J., Yilbas B. S. Laser controlled melting of pre-prepared inconel 718 alloy surface. Opt. Lasers in Eng. 2011. Vol. 49. P. 1314–1319.
  10. Mah A. D., Gellert N. L. Heats of Formation of Niobium Nitride, Tantalum Nitride and Zirconium Nitride from Combustion Calorimetry. J. Am. Chem. Soc. 1956. Vol. 78. P. 3261–3263.
  11. Huber E. J., Head E. L., Holley C. E., et al. The Heats of Combustion of Niobium Carbides. J. Phys. Chem. 1961. Vol. 65. P. 1846–1849.
  12. Liakishev N. P. Diagrammy sostoyaniya dvoinykh metallicheskikh sistem [Diagrams of binary metallic systems] : in 3 vols. Moscow : Mashinostroenie, 2001. Vol. 3 (in Russ.).
  13. Mah A. D. Heats of Formation of Niobium Dioxide, Niobium Subnitride and Tantalum Subnitride. J. Am. Chem. Soc. 1958. Vol. 80. P. 3872–3874.
  14. Cherenda N. N., Shimanskii V. I., Uglov V. V., et al. Nitriding of steel and titanium surface layers under the action of compression plasma flows. J. Surf. Investig. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2012. Vol. 6, No. 2. P. 319–325.
  15. Worrell W. The Free Energy of Formation of Niobium Dioxide between 1100 and 1700 K. J. Phys. Chem. 1964. Vol. 68. P. 952–953.
  16. Ignatowicz S., Davies M. W. The Free Energy of Formation of NbO and Ta2O5 . J. Less-Common Met. 1968. Vol. 15. P. 100–102.
Опубликован
2019-02-03
Ключевые слова: быстрорежущая сталь, компрессионные плазменные потоки, отжиг, структурно-фазовые  превращения, микротвердость
Как цитировать
Черенда, Н. Н., Углов, В. В., Кашевский, А. М., Асташинский, В. М., & Кузьмицкий, А. М. (2019). Модификация фазового состава и микротвердости поверхностного слоя быстрорежущей стали при комбинированном плазменном и термическом воздействии. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 61-70. Доступно по https://journals.bsu.by/index.php/physics/article/view/487
Выпуск
№ 2 (2018): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2018 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).