Повышение свойств инструментальных сталей методом динамического легирования

В настоящее время достаточно широко изучаются вопросы влияния высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры и свойств материалов. Эффект, который оказывают частицы, двигающиеся с очень высокой скоростью, может быть как негативный, например, в космических аппаратах, так и положительный – при динамической обработке инструментальных сталей. Поэтому была поставлена задача по изучению воздействия высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры инструментальных сталей и повышение их эксплуатационных свойств. В работе использовался взрывной метод создания высокоскоростного потока частиц SiС + Ni и Al₂O₃. Образцы после динамического легирования подвергались диффузионному азотированию. Микроструктура образцов из сталей Х12М, P18, Р6М5К5 изучалась с помощью оптической и электронной металлографии. Испытывалась и износостойкость образцов на машине трения. В ходе исследований были получены теоретические и экспериментальные результаты по комплексному воздействию высокоскоростных потоков микрочастиц и азотирования на структуру и свойства инструментальных сталей. Установлено, что динамическое легирование частицами приводит к формированию специфической структуры композиционного материала, армированного каналами. Центральная волоконная (канальная) зона с остатками частиц порошка окружена областями с аморфным строением, которая сменяется зоной с нанокристаллической с фрагментированной ячеистой структурой. Затем наблюдается зона с микрокристаллической структурой, которая переходит в зону кристаллического строения, характерного для матричного материала конструкционной стали. Полученные данные могут расширить и дополнить некоторые представления о механизмах динамического нагружения твердых тел и конденсированных сред, пластической деформации, физической механики структурно-неоднородных сред на различных уровнях, ряде эффектов, возникающих при соударении и сверхглубоком проникании микрочастиц в металлы. Установлено, что износостойкость быстрорежущей стали, подвергнутой динамическому легированию в закаленном состоянии, увеличивается в 1,2 раза по сравнению с износостойкостью стали, легированной в состоянии отжига.

1. Fletcher A. C., Close S., Mathias D. (2015) Simulating Plasma Production from Hypervelocity Impacts. Physics of Plasmas, (22), 093504. https://doi.org/10.1063/1.4930281

2. Fletcher A. C., Close S. (2017) Particle-in-Cell Simulations of an RF Emission Mechanism Associated with Hypervelocity Impact Plasmas. Physics of Plasmas, (24), 053102. https://doi.org/10.1063/1.4980833.

3. Chengzhi Qi, Jianjie Chen (2014) Physical Mechanism of Super-Deep Penetration of Solid Microparticles into Solid Targets. Journal of Mechanical Behavior of Materials, 23 (1–2), 21–26. https://doi.org/10.1515/jmbm-2014-0003

4. Kozorezov K. I., Mirkin L. I. (1999) The Formation of Bulk Composites in Superdeep Penetration of Accelerated Solid Particles into Metals. Physics and Chemistry of Materials Treatment, 33 (3), 254–257.

5. Buravova, S. (2014) Superdeep Penetration Revisited. Technical Physics, 59 (8), 1257–1259. https://doi.org/10.1134/s106378421408009x

6. Simonenko V. A., Skorkin N. A., Bashurov V. V. (1991) Penetration of individual microparticles into rigid barriers on collision of powder streams with them. Combustion, Explosion and Shock Waves, 27 (4), 433-437. https://doi.org/10.1007/bf00789554

7. Ovchinnikov V. I., Lobachev V. A. (2017) Unit for Alloying by Explosion. Patent Republic Belarus No u20160267 (in Russian).

8. Ovchinnikov V. I., Ilyushchenko A. F. (2014) Unit for the Deposition of Material’s Layer Onto Metallic Parts. Patent Republic Belarus No u10271 (in Russian).

9. Zvorykin L. O., Usherenko S. V. (1993) Structural Features of Steel 45 after Interaction with High Velocity Flows of Niobium Boride and Molybdenum Silicide Powders. Metallophysika = Physics of Metals, 15 (1), 92–95 (in Russian).

10. Nozdrin V. F., Usherenko S. M., Gubenko S. I. (1991) Mechanism of Metals Strengthening During Super Deep Penetration of High Velocity Particles. Physika i Khimiya Obrabotki Materialov = Physics and Chemistry of Treatment of Materials, (6), 19–24 (in Russian).