Колмыков Денис Валерьевич, кандидат технических наук, доцент кафедры общетехнических дисциплин и безопасности жизнедеятельности
ул. Радищева, д. 33, г. Курск 305000
Denis V. Kolmykov, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor of the Department of General Technical Disciplines and Life Safety
33 Radishcheva Str., Kursk 305000
Воробьев Юнис Сергеевич, аспирант кафедры технологии материалов и транспорта
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Yunis S. Vorobyov, Post-Graduate Student of the Department of Materials and Transport Technology
50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Колмыков Валерий Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры технологии материалов и транспорта
ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040
Valery I. Kolmykov, Doctor of Sciences (Engineering), Professor of the Department of Materials and Transport Technology
50 let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040
Трусова Елена Валентиновна, кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры общетехнических дисциплин и безопасности жизнедеятельности
ул. Радищева, д. 33, г. Курск 305000
Elena V. Trusova, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of General Technical Disciplines and Life Safety
33 Radishcheva Str., Kursk 305000
Целью работы является установление закономерностей формирования структуры и фазового состава поверхностных (модифицированных) слоёв на хромистой нержавеющей стали 20Х13 при интенсивном насыщении углеродом и азотом, обоснование возможности поверхностного упрочнения деталей из высокохромистых сталей нитроцементацией.
Методы. Исследования проводили на образцах из высокохромистой стали 20Х13, которые подвергались высокотемпературной нитроцементации в пастообразной среде, включающей мелкодисперсную сажу, углекислый натрий и железосинеродистый калий (пастообразователь – водный раствор карбометилцеллюлозы). Микроструктуру исследовали с использованием оптического металлографического микроскопа OLIMPUS OX 51 и сканирующего электронного микроскопа Qanta FEG-650 с системой рентгеноструктурного микроанализа EDAX. Микротвёрдость определяли на микротвердометре Duramit-5, фазовый состав – на рентгеновском дифрактометре XRD-7000S.
Результаты. Нитроцементация высокохромистой стали 20Х13 в интервале температур 820–950°С обеспечивает формирование на поверхности диффузионных слоёв, структура которых представлена тремя зонами: коркой твёрдых карбонитридов на поверхности, заэвтектоидной зоной с твёрдорастворной матрицей и включениями карбонитридов под коркой и переходной зоной, включающей твёрдый раствор, обогащённый углеродом и азотом, с зёрнами основного металла. Микротвёрдость нитроцементованных слоёв на стали 20Х13 после закалки с 1050°С в масле и отпуска при 600°С достигает Нµ 750–800 на поверхности и достаточно плавно уменьшается по глубине нитроцементованного слоя. Глубина нитроцементованных слоёв с повышенной микротвёрдостью (более Нµ 400), в зависимости от длительности обработки, может достигать ~0,5 (860°С, 6 часов).
Заключение. Нитроцементация высокохромистой стали 20Х13 при 820–880°С в активной сажево-карбонатной пасте с добавкой железосинеродистого калия приводит к повышению твёрдости поверхностных слоёв примерно в 4 раза больше твёрдости основы, что в сочетании с высокими механическими свойствами основы позволит значительно увеличить срок службы деталей из высокохромистых нержавеющих сталей типа Х13, работающих в условиях высоких контактных нагрузок.
The purpose of the work is to establish the regularities of the formation of the structure and phase composition of surface (modified) layers on 20X13 chromium stainless steel under intense saturation with carbon and nitrogen and, on this basis, to substantiate the possibility of surface hardening of parts made of high-chromium steels by nitrocementation.
Methods. The studies were carried out on samples made of high–chromium steel 20X13, which were subjected to high-temperature nitrocementation in a paste-like medium including fine soot, sodium carbonate and potassium ferruginous oxide (paste-forming agent is an aqueous solution of carbomethylcellulose). The microstructure was studied using an optical metallographic microscope OLIMPUS OX 51 and a scanning electron microscope Qanta FEG-650 with an X-ray microanalysis system EDAX. The microhardness was determined on the Duramit-5 microhardometer, the phase composition on the XRD-7000S X-ray diffractometer.
Results. Nitrocementation of high chromium steel 20X13 in the temperature range of 820–950°C provides the formation of diffusion layers on the surface, the structure of which is represented by three zones: a crust of solid carbonitrides on the surface, an eutectoid zone with a solid matrix and inclusions of carbonitrides under the crust and a transition zone including a solid solution enriched in carbon and nitrogen with grains of the base metal. The microhardness of the nitrocemented layers on 20X13 steel after quenching from 1050°C in oil and tempering at 600°C reaches Nm 750–800 on the surface and decreases smoothly enough in depth of the nitrocemented layer. The depth of nitrocemented layers with increased microhardness (more than 400 Nm), depending on the duration of treatment, can reach ~ 0.5 (860°C, 6 hours).
Conclusion. Nitrocementation of high-chromium steel 20X13 at 820–880°C in an active carbon black paste with the addition of potassium ferrocarbon leads to an increase in the hardness of the surface layers by about 4 times the hardness of the base, which, combined with the high mechanical properties of the base, will significantly increase the service life of parts made of high-chromium stainless steels of type X13 operating under high contact conditions loads.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.