Характеристики міцності модифікованих комплексною іонно-плазмовою обробкою сталі 25ХМ1Ф з осадженням міжшарових металевих покриттів

  • Юрій О. Задніпровський Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харків, Україна https://orcid.org/0000-0003-2754-4051
  • Віталій А. Білоус Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-9371-4138
  • Юлія А. Беседіна Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харків, Україна https://orcid.org/0009-0004-3323-1478
  • Галина М. Толмачова Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут», Харків, Україна https://orcid.org/0000-0002-0786-2979
DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-26
Ключові слова: комплексна модифікація поверхні, сталь, іонно-плазмове азотування, вакуумно-дугові покриття, твердість, модуль пружності, зносостійкість, міцність

Анотація

З метою підвищення ерозійностійкості, міцності та інших захисних характеристик проведено комплексне модифікування поверхневих шарів сталі 25CrMoV, яка широко застосовується в турбобудуванні. Для проведення порівняльних досліджень використано модифікації з різними матеріалами проміжних шарів (Мо і Ti) і модифікації без проміжного шару. Шари з Мо і Ti осаджували на азотовану іонно-плазмовим способом поверхню. Зовнішній захисний шар для всіх модифікацій був незмінним і складався з покриття Mo2N. Для визначення ролі осадження міжшарових металевих покриттів на характеристики міцності модифікованих комплексно шарів досліджено розподіли твердості (Н, GPa), Модуля пружності (E, GPa) та інших показників міцності (Н/Е та H3/E2), виміряні за поперечними шліфами (h, µm). Твердість покриття Mo2N склала ~ 30 GPa, а твердість азотованого шару ~ 12 GPa. Модуль пружності для покриття Mo2N склав ⁓ 415 GPa, для азотованої сталі - ⁓ 270 GPa. Встановлено, що основний фактор, який впливає на характеристики міцності багатошарової конструкції, пов'язаний із різним матеріалом металевих шарів. Для Mo і Ti шару значення Е істотно відрізняються (⁓ 340 GPa і ⁓ 180 GPa, відповідно), при практично однакових значеннях Н (⁓ 6,5 GPa). Розподіли модуля пружності Е = f(h), виміряні в модифікованих шарах, добре корелюють із розподілами концентрації азоту СN = f(h). Розподіли Н/Е = f (h) і Н3/Е2 = f (h) для модифікацій з Мо і Ti шарами демонструють зниження механічних характеристик на ділянках проміжних шарів (Мо і Ti). Для модифікації без проміжного шару розподіли цих показників такого недоліку не мають. Кавітаційна стійкість комплексно модифікованої сталі 25CrMoV до 2 разів вища, ніж сталі у вихідному стані. В ННЦ ХФТІ було проведено комплексну іонно-плазмову модифікацію дослідної партії деталей турбін. Ці вироби, що входять до механізмів паророзподілу, виготовлені АТ "Українські енергетичні машини" (м. Харків) для теплової енергетики.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

J. Vetter, W. Burgmer, and A.J. Perry, Surface and Coatings Technology, 59 (1-3), 152 (1993), https://doi.org/10.1016/0257-8972(93)90074-X

N.A. Dolgov and A.V. Rutkovskyi, Strength of Materials, 54 (5), 819 (2022), https://doi.org/10.1007/s11223-022-00458-4

I.I. Aksenov, V.A. Belous, V.E. Strelʼnitskij, and D.S. Aksyonov, Problems of Atomic Science and Technology, 104 (4), 58 (2016), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2016_4/article_2016_4_58.pdf

Y. Sun, and T. Bell, Transactions of the Institute of Metal Finishing, 70 (1), 38 (1992), https://doi.org/10.1080/00202967.1992.11870939

L. Escalada, J. Lutz, S.P. Brühl, M. Fazio, A. Márquez, S. Mändl, D. Manova, and S.N. Simison, Surface and Coatings Technology, 223, 41 (2013), https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.02.025

V.A. Belous, I.G. Ermolenko, Y.A. Zаdneprovskiy, and N.S. Lomino, “HighMatTech-2015”, Kyiv, Ukraine, (2015), https://compnano.kpi.ua/pdf_files/conf-mems/hi-m-t-progr-15-eng.pdf

V.A. Belous, I.G. Yermolenko, Yu.A. Zadneprovsky, and N.S. Lomino, Problems of Atomic Science and Technology, 104 (4), 93 (2016), https://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2016_4/article_2016_4_93.pdf

V.A. Belous, Yu.A. Zadneprovsky, and I.S. Domnich, Problems of Atomic Science and Technology, 135 (5), 115 (2021), https://doi.org/10.46813/2021-135-115

A.A. Andreev, V.V. Kunchenko, L.P. Sablev, and V.M. Shulaev, “Duplex processing of tool steels in vacuum,” in: Equipment and technologies for heat treatment of metals and alloys in mechanical engineering, part 2, (NSC KIPT, Kharkiv, 2001), p. 48 56. (in Russian)

V.I. Kushch, S.N. Dub, R.S. Shmegera, Y.V. Sirota, and G.N. Tolmacheva, Journal of Superhard Materials, 37 (3), 173 (2015), https://doi.org/10.3103/S1063457615030041

V.I. Kushch, and S.N. Dub, Journal of Superhard Materials, 34 (3), 149 (2012), https://doi.org/10.3103/S106345761203001X

ISO/CD 14577-1 Metallic materials. Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method. https://www.iso.org/standard/85223.html

І.О. Klimenko, V.G. Marinin, V.А. Belous, N.A. Azarenkov, М.G. Ishchenko, V.S. Goltvyanytsya, and A.S. Kuprin, Problems of Atomic Science and Technology, 147 (5), 126 (2023), https://doi.org/10.46813/2023-147-126

M. Drouet, and E. Le Bourhis, Materials, 16 (13), 4704 (2023), https://doi.org/10.3390/ma16134704

A. Krella, Coatings, 10 (10), 921 (2020), https://doi.org/10.3390/coatings10100921

V. Safonov, A. Zykova, J. Steller, G. Tolmachova, and N. Donkov, Journal of Physics: Conference Series, 2487 (1), 012034 (2023), https://doi.org/10.1088/1742-6596/2487/1/012034

A.K. Krella, Materials, 16 (5), 2058 (2023), https://doi.org/10.3390/ma16052058

A. Gilewicz, B. Warcholinski, and D. Murzynski, Surface and Coatings Technology, 236, 149 (2013), https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2013.09.005

Опубліковано
2024-06-01
Цитовано
Як цитувати
Задніпровський, Ю. О., Білоус, В. А., Беседіна, Ю. А., & Толмачова, Г. М. (2024). Характеристики міцності модифікованих комплексною іонно-плазмовою обробкою сталі 25ХМ1Ф з осадженням міжшарових металевих покриттів. Східно-європейський фізичний журнал, (2), 263-269. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-26
Номер
№ 2 (2024): Східно-європейський фізичний журнал
Розділ
Статті

Авторське право (c) 2024 Юрій О. Задніпровський, Віталій А. Білоус, Юлія А. Беседіна, Галина М. Толмачова

Ліцезія Creative Commons

Цю роботу ліцензовано за Міжнародня ліцензія Creative Commons Attribution 4.0.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

    • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
    • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).