134 / 150
Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 2. 2017
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
134
Максимальные значения микротвердости поверхностных слоев у имплантированной
азотом стали достигаются после обработки при 670-770 К. В результате ионно-лучевой
обработки при высоких температурах 820 и 870 К микротвердость модифицированного слоя
несколько снижается и составляет 13000 и 11500 МПа, соответственно. Фазовый состав
азотированных слоев исследованной стали определяется, в первую очередь, температурой ее
ионно- лучевой обработки. Так, в частности, ионно-лучевое азотирование стали при 620 - 670
К приводит к формированию в поверхностном слое нитридной
N
- фазы на основе
гексагонально искаженной ГЦК-решетки [2] (рисунок 3). В поверхностном слое
азотированной при 690 – 770 К стали 10Х17Н13М2Т наряду с нитридной
N
-фазой выявлены
наноразмерные частицы CrN и
-фазы. Образование частиц
-фазы при ионно-лучевом
азотировании вызвано фазовым
-превращением в обедненных хромом участках
диффузионного слоя [5].
Рис. 3
. Фрагменты рентгеновских дифрактограмм (Со
K
-излучение) от поверхностных слоев
стали 10Х17Н13М2Т после ионно-лучевого азотирования (
j
= 2 мА/см
2
,
D
= 3
10
19
cм
-2
) при
разных температурах:
а
– исходное состояние;
б
– 670 К;
в
– 770 К;
г
– 870 К.
В проведенных ранее исследованиях было показано, что в результате обработки стали
12Х18Н10Т при 720 К в насыщенном азотом слое образуются области (ячейки) с
перлитообразной структурой, содержащей ультрадисперсные вытянутые волокнистые
частицы CrN и
-(Fe, Ni) [5]. Указанный факт свидетельствует о гетерогенном зарождении
частиц CrN в модифицируемых слоях по механизму прерывистого выделения [6]. При этом
образование нитридных частиц приводит к обеднению приграничных с частицей областей
матричной фазы хромом и азотом, что, в свою очередь, способствует протеканию фазового
превращения в локальных участках матричной фазы между растущими частицами CrN.
Существенные изменения в структурно-фазовом состоянии азотированных слоев
аустенитной стали фиксируются после высокотемпературной ионно-лучевой обработки при
870 К. Из приведенного на рисунке 3г фрагмента рентгеновской дифрактограммы можно
видеть, что в азотированном слое после высокотемпературной обработки увеличивается
количество аустенитной фазы (рисунок 4 г) и достигает
60 %. Указанное явление связано с
возрастанием концентрации хрома в азотированном слое вследствие его диффузии из
подповерхностных слоев в процессе изотермической выдержки при высокотемпературной
ионно-лучевой обработке. Дополнительным фактором, облегчающим диффузию хрома из
подложки, может выступать высокая концентрация дефектов кристаллической решетки
N
111
111; CrN 200
N
200
200
2
CrN 111
111
110
(ж)
(в)
111
111
200
CrN 111
111 111
2
(и)
CrN200
111 111
110
(г)
200
111
N
111
N
200
2
N
111
N
200
(в)
(б)
2
111
200
(a)
(а)