Abstract

Ion-plasma saturation with interstitial atoms (nitrogen or carbon) is a promising method for enhancing the surface strength and wear resistance of austenitic stainless steel parts and products. The paper considers the influence of method and temperature of ion-plasma treatment (IPT) on phase composition, thickness, and strength properties (microhardness) of the surface layers in 01H17N13M3 austenitic stainless steel specimens. Steel specimens with a coarse-grained structure were nitrided in the arc and glow discharge plasma at different temperatures (400 °C, 550 °C, and 700 °C). Regardless of temperature and IPT-method, ion-plasma nitriding leads to the formation of hardened surface layers in steel specimens. In this case, the thickness and phase composition of IPT-hardened layers depend on both the method and temperature of nitriding. Nitrogen saturation of specimen surfaces in the glow discharge at a temperature of 400 °C promotes the formation of a thin S-phase layer (nitrogen-expanded austenite, 4 μm in thickness). At the same IPT temperature in the arc discharge plasma, the authors observed the formation of a heterophase (Fe-γN, Fe4N, CrN, and Fe-α) surface layer with a significantly greater thickness (40–45 μm). Regardless of the IPT-method, a saturation of specimens at temperatures of 550 °C and 700 °C is accompanied by the formation of thick heterophase hardened layers (40–60 μm). In this case, the IPT method has a negligible effect on the phase composition of layers but significantly affects the ratio of the volume content of the hardened phases. After being IPT-processed in different modes, the microhardness distribution profile for all specimens has three typical zones: a composite layer (or S-phase at the IPT in a glow discharge at Ta=400 °C), a diffusion zone, and a matrix. With an increase in the saturation temperature, the thickness of the transition diffusion zone increases regardless of the IPT method.

Highlights

  • Profiles of microhardness distribution in depth of hardened layers in the FeCrNiMoC steel specimens ion-plasma treatment (IPT)-treated in the glow (a, b, c) and arc (d, e, f) discharges at the temperatures of 400 (a, d), 550 (b, e), and 700 °С (c, f) незначительно увеличивается по сравнению с протяженностью диффузионной зоны для образца, модифицированного в плазме дугового разряда при 400 °С

  • Solid carbon active screen plasma nitrocarburizing of AISI 316L stainless steel: Influence of N2-H2 gas composition on structure and properties of expanded austenite // Surface and Coatings Technology

Read more

Summary

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материалом исследования была выбрана стабильная аустенитная нержавеющая сталь (АНС) марки 01Х17Н13М3 (Fe-17Cr-13Ni-1,7Mn-2,7Mo-0,5Si-0,01С, масс. %). ИПО стальных образцов в тлеющем разряде осуществлялась на модернизированной установке ЭЛУ-5. Для очищения и активации поверхности образцов АНС на протяжении 20 мин было проведено катодное распыление в среде аргона при напряжении 1 кВ. После ионного распыления производился напуск рабочего газа – смеси азота и водорода N2(70 %)+H2(30 %). После ИПО образцы в течение 1 ч охлаждались в вакуумной камере. Образцы после насыщения были механически отшлифованы, отполированы и электрохимически протравлены в 10%-м водном растворе щавелевой кислоты. Металлографический анализ поверхностей образцов в поперечном сечении проводили на световом микроскопе Altami MET 1C. Рентгенофазовый анализ образцов до и после ИПО проводился на дифрактометре ДРОН-7 с Co-Kα излучением. Профили распределения микротвердости по глубине в поперечном сечении ИПО-образцов измеряли методом Виккерса (Duramin 5) с нагрузкой на индентор 50 г

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Состав рабочего газа
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Findings
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Talk to us

Join us for a 30 min session where you can share your feedback and ask us any queries you have

Schedule a call

Disclaimer: All third-party content on this website/platform is and will remain the property of their respective owners and is provided on "as is" basis without any warranties, express or implied. Use of third-party content does not indicate any affiliation, sponsorship with or endorsement by them. Any references to third-party content is to identify the corresponding services and shall be considered fair use under The CopyrightLaw.