Энергосберегающая и экологически безопасная технология карбонитрации быстрорежущих сталей в соляных ваннах на основе карбамида

Цель. Исследование процесса цианирования быстрорежущей стали марки Р6М5 в ваннах на основе карбамида и углекислого натрия в температурном диапазоне 550–580°C.
Методы. Микроструктура диффузионного слоя сталей была изучена на поперечных шлифах с применением растрового электронного микроскопа Quanta FEG-650, оснащённого системой микроанализа EBCD с фокусированным ионным пучком. Данная методика позволила провести детальную визуализацию и анализ фазового состава и морфологии поверхностных слоёв. Для оценки эксплуатационных характеристик цианированных образцов были проведены испытания на изнашивание в условиях, имитирующих трение при работе режущего инструмента. Тестирование выполнялось с целью установления корреляции между микроструктурными особенностями диффузионного слоя и его устойчивостью к абразивному воздействию.
Результаты. Проведённые эксперименты подтвердили значительную эффективность нового состава соляной ванны для цианирования быстрорежущей стали Р6М5 при заданных температурных условиях. В процессе обработки на поверхности материала формируются модифицированные слои, обогащённые ε-фазами (твёрдыми включениями), которые обеспечивают уникальные эксплуатационные характеристики: повышенную микротвёрдость, сниженный коэффициент трения и устойчивость к износу.
Заключение. Установлена возможность применения бесцианистых соляных ванн для низкотемпературного цианирования стали Р6М5, что расширяет технологические возможности инструментального производства. Сочетание высокой износостойкости и твёрдости обработанной стали делает метод перспективным для изготовления режущего инструмента и деталей, работающих в условиях интенсивных нагрузок. Результаты исследования демонстрируют, что использование разработанного состава позволяет не только улучшить качество цианированных слоёв, но и внедрить ресурсосберегающие технологии в промышленность, сохраняя при этом высокие стандарты экологической безопасности.

1. Адаскин А.М. Инструментальные материалы в машиностроении. М.: Инфра-М, 2024. 391 с.

2. Ворошнин Л.Г., Менделеева О.Л., Сметкин В.А. Теория и технология химико-термической обработки: монография. Минск: БИТУ, 2006. 198 с.

3. Губин Д.И. Карбонитрация быстрорежущих сталей в нетоксичной карбамидо-натриевой ванне // Молодежь и наука: реальность и будущее: материалы I Международной научно-практической конференции. Т. 2. Невинномысск: Невинномысский ин-т экономики, упр. и права, 2008. С. 319-320.

4. Гадалов, В.Н., Захаров И.С. К вопросу о применении методов поверхностного упрочнения конструкционных и инструментальных материалов в современных условиях // Материалы и упрочняющие технологии – 2004: сборник материалов XI Юбилейной Российской научно-технической конференции / Курск. гос. техн. ун-т. Курск, 2004. С. 8–12.

5. Костин Н.А., Трусова Е.В. Повышение стойкости инструмента из быстрорежущей стали Р6М5 и Р6М3 низкотемпературным цианированием // Машиностроение и инженерное образование. 2014. № 4. С. 2.

6. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 520 с.

7. Металлы и сплавы: справочник / под ред. Ю.П. Солнцева. СПб.: Профессионал, 2003. 1066 с.

8. Состав ванны для цианирования металлов и сплавов в жидких средах: патент 2533577 Российская Федерация / Костин Н.А., Колмыков В.И., Трусова Е.В.; № 20131563397/02; заявл.18.12.2013. опубл. 20.11.2014; Бюл. № 32. 5 с.

9. Состав ванны для азотирования деталей из конструкционных и инструментальных сталей: патент 2714271 Российская Федерация / Костин Н.А., Костин Н.Н., Трусова Е.В. № 2019138040; заявл. 25.11.2019; опубл. 13.02.2020; Бюл. № 5. 5 с.

10. Белашова И.С., Петрова Л.Г. Регулирование фазового состава азотированного слоя в железе при химико-термической обработке в условиях термоциклирования // Вестник Московского авиационного института. 2022. № 2. С. 237–245.

11. Бегатов Ж., Джалилова М. Влияние режимов низкотемпературной нитроцементации на структуру и свойства стали 4ХМФС // Белорусско-узбекский научно-методический журнал. 2022. Т. 1, № 2. С. 45-48.

12. Temperature effect on deformation mechanisms and mechanical properties of a high manganese C+N alloyed austenitic stainless steel / L. Mosecker, D.T. Pierce, A. Schwedt, M. Beighmohamadi, J. Mayer, W. Bleck [et al.] // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 642. P. 71–83.

13. Phase transformations in high strength austenitic FeMnCr Steels / L. Bracke, B. de Cooman, M. Liebeherr, N. Akdur // Solid-solid phase transformations in inorganic materials. 2005. Vol. 1. P. 905.

14. Microstructures and mechanical properties of the carburized CrNiMo steels with added case nitrogen / Chen Qing Gu, Bing Zhe Lou, Xiao Tian Jing, Fu San Zhen // Heat Treat, and Surfase Eng. : New Technol. and Pract. Appl.: Proc. 6th Int. Congr. Heat Theat. Mater, with World Mater. Congr. Chicago, 1988. P. 331–336.

15. Тельдеков В.А., Гуревич Л.М. Исследование технологии низкотемпературной нитроцементации для комплексного упрочнения деталей машин // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2021. № 10(257). С. 64–68.