Структурно-фазовые изменения наплавки быстрорежущей стали при отпуске и электронно-пучковой обработке

При использовании методов просвечивающей и сканирующей электронной микроскопии, рентгенофазового и рентгеноструктурного анализов проведены исследования структуры и фазового состава наплавки быстрорежущей стали Р2М9 на среднеуглеродистую сталь 30ХГСА после термической обработки, которая заключалась в трехкратном высокотемпературном отпуске с последующим облучением импульсными электронными пучками. Основной фазой в наплавленном металле в исходном состоянии и после термической обработки является твердый раствор на основе α-железа, в незначительном количестве (3–5 мас. %) присутствует γ-фаза. Параметр кристаллической решетки обеих фаз снижается после отпуска. Облучение наплавленного слоя электронными пучками сопровождается увеличением параметра кристаллической решетки α-фазы и его снижением для γ-фазы. Обсуждены причины наблюдаемых закономерностей. Установлено, что наплавленный слой характеризуется наличием карбидного каркаса, содержащего карбиды сложного состава MoC, Me₆C, Me₂₃C₆, Me₇C₃, который не разрушается после отпуска и электронно-пучковой обработки. Основной фазой, формирующей каркас, является карбид состава Me6C, а после отпуска и электронно-пучковой обработки – MoC. Сформированная при наплавке мартенситная структура содержит наноразмерные включения второй фазы состава MoC, Mo₂C, Me₆C размером 20–45 нм, расположенные в объеме и по границам пластин мартенсита. Их объемная доля снижается до 19 мас. % после отпуска и дополнительного облучения электронными пучками.

1. Громов В. Е., Чапайкин А. С., Невский С. А. Структура, свойства и модели быстрорежущей стали после отпуска и электронно-пучковой обработки. – Новокузнецк: Полиграфист, 2024. – 171 с.

2. Ivanov Yu. F., Gromov V. E., Potekaev A. I., Guseva T. P., Chapaikin A. S., Vashchuk E. S. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering // Russian Physics Journal. – 2023. – V. 66, N 7. – P. 731–739. DOI: 10.1007/s11182-023-02999-w

3. Rakhadilov B. K., Zhurerova L. G., Scheffler M., Khassenov A. K. Change in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. – 2018. – N 3 (91). – P. 59–65.

4. R akhadilov B. K., Wieleba W., Kylyshkanov M. K., Kenesbekov A. B., Maulet M. Structure and phase composition of highspeed steels // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. – 2020. – N 2 (98). – P. 83–92.

5. Барчуков Д. А., Цыгвинцев А. В., Афанасьева Л. Е. Особенности формирования структуры и свойств быстрорежущей стали при импульсно-дуговой наплавке // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия «Технические науки». – 2019. – № 4 (4). – С. 16–21.

6. Мозговой И. В., Шнейдер Е. А. Наплавка быстрорежущей стали. – Омск: ОмГТУ, 2016. – 200 с.

7. Wu W. , Chen W. , Yang S., Lin Y. , Zhang S., Cho TY. , Lee G.H., Kwon S.-Ch. Design of AlCrSiN multilayers and nanocomposite coating for HSS cutting tools // Appl. Surf. Sci. – 2015. – V. 351. – P. 803–810.

8. Cho I. S., Amanov A., Kim J. D. The effects of AlCrN coating, surface modification and their combination on the tribological properties of high speed steel under dry conditions // Tribol. Int. – 2015. – V. 81. – P. 61–72.

9. Kottfer D., Ferdinandy M., Kaczmarek L., Maňková I., Beňo J. Investigation of Ti and Cr based PVD coatings deposited onto HSS Co 5 twist drills // Appl. Surf. Sci. – 2013. – V. 282. – P. 770–776.

10. Gerth J., Wiklund U. The influence of metallic interlayers on the adhesion of PVD TiN coatings on high-speed steel // Wear. – 2008. – V. 264. – P. 885–892.

11. Chaus A. S., Rudnitskii F. I. Structure and Properties of Cast Rapidly Cooled High-Speed Steel R6M5 // Metal. Science and Heat Treatment. – 2003. – V. 45. – P. 157–162.

12. Не федьев С. П., Емелюшин А. Н. Плазменное упрочнение поверхности. – Старый Оскол: Изд-во ТНТ, 2021. – 156 с.

13. Геллер Ю. А. Инструментальные стали. – М.: Металлургия, 1983. – 527 с.

14. Colaço R., Gordo E., Ruiz-Navas E. M., Otasevic M., Vilar R. A comparative study of the wear behaviour of sintered and laser surface melted AISI M42 high speed steel diluted with iron // Wear. – 2006. – V. 260. – P. 949–956.

15. Kąc S., Kusiński J. SEM and TEM microstructural investigation of high-speed tool steel after laser melting // Mater. Chem. Phys. – 2003. – V. 81. – P. 510–512.

16. Ivanov Yu . F. , Gromov V. E., Potekaev A. I., Chapaikin A. S., Semin A. P. , Guseva T. P. Electron microscopy of high-speed steel/30HGSA steel interface // Russian Physics Journal. – 2024. – V. 67, N 1. – P. 24–33.

17. Ма лушин Н. Н., Ва луев Д. В. Обеспечение качества деталей металлургического оборудования на всех этапах их жизненного цикла путем применения плазменной наплавки теплостойкими сталями. – Томск: Изд-во НТЛ, 2013. – 358 с.

18. Ма лушин Н. Н., Ва луев Д. В., Ос етковский В. Л., Солодский С. А. Технологии наплавки деталей горно-металлургического комплекса теплостойкими сталями высокой твердости: – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – 212 с.

19. Не фе дьев С. П., Емелюшин А. Н. Влияние азота на формирование структуры и свойств плазменных покрытий типа 10Р6М5 // Вестник Югорского государственного университета. –2021. – Вып. 3 (62). – С. 33–45.

20. Почет ух а В. В., Бащенко Л. П., Го стев ск ая А. Н., Будов ских Е. А., Гр о мов В. Е., Чапайкин А. С. Структура и свойства плазменных покрытий из быстрорежущей стали после высокотемпературного отпуска // Вестник Сибирского государственного индустриального университета. – 2023. – № 3 (45). – С. 30–38. http://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-3(45)-30-38

21. Gromov V. E., Kobzareva T. Yu., Ivanov Yu. F., Budovskikh E. A., Bashchenko L. P. Surface Modification of Ti Alloy by Electro-explosive Alloying and Electron-Beam Treatment // AIP Conference Proceedings. – 2016. – V. 1698. – N 030006.

22. Gromov V. E., Ivanov Yu. F., Glezer A. M., Kormyshev V. E., Konovalov S. V. ElectronBeam Modification of a Surface Layer Deposited on Low-Carbon Steel by Means of Arc Spraying // Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. – 2017. – V. 81, N 1. – P. 1353–1359.

23. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке / Под ред. Н. Н. Коваля, Ю. Ф. Иванова. – Томск: НТЛ, 2016. – 298 с.

24. Egerton F. R. Physical Principles of Electron Microscopy. – Basel: Springer International Publishing, 2016. – 196 р.

25. Kumar C. S. S. R. Transmission Electron Microscopy. Characterization of Nanomaterials. – New York: Springer, 2014. – 717 р.

26. Carter C. B., Williams D. B. Transmission Electron Microscopy. – Berlin: Springer International Publishing, 2016. – 518 р.