PHASE FORMATION IN HIGH-CHROMIUM STEEL UNDER ELECTRON-ION-PLASMA TREATMENT

Abstract

Осуществлено поверхностное легирование методом одноциклового и многоциклового (5 циклов «напыление-облучение» в каждом цикле толщина пленки титана 0,5 мкм) высокоскоростного плавления системы «пленка (Ti)/(сталь 20X23H18) подложка» импульсным электронным пучком. Азотирование (793 К; 1, 3 и 5 час.) проводили в условиях реализации элионного (электронного и ионного) режима обработки. Рассмотрены изотермические сечения тройных систем диаграммы состояния сплава Cr - Fe - Ni - Ti - N, формирующегося на различных стадиях комплексной обработки стали. Исследования показали, что, во-первых, облучение стали импульсным электронным пучком сопровождается формированием структуры высокоскоростной ячеистой кристаллизации твердого раствора на основе γ - Fe; во-вторых, азотирование стали в исходном состоянии сопровождается формированием нитридов железа FeN и хрома CrN суммарным содержанием 79,8 масс.%; в-третьих, предварительное облучение стали импульсным электронным пучком приводит к снижению скорости нитридообразования при последующем азотировании; суммарное содержание нитридов 53 масс.%; в-четвертых, независимо от количества циклов легирования (концентрации титана в поверхностном слое) после пяти часов азотирования в образцах формируется поверхностный слой, образованный нитридами хрома и железа (1 цикл легирования) или нитридами хрома и титана (5 циклов легирования). The surface alloying was carried out by single-cycle and multi-cycle (5 cycles «sputtering-irradiation», in each cycle the thickness of the titanium film 0,5 µm), i.e. high-speed melting of the system «film (Ti)/(steel AISI 310S) substrate» by pulsed electron beam. Nitriding (793 K; for 1, 3 and 5 hours) was carried out under conditions of realization of the elion (electron and ion) treatment mode. The isothermal cross sections of the ternary systems of the state diagram of the Cr - Fe - Ni - Ti - N alloy formed at different stages of the complex treatment of steel are considered. It is shown that (1) irradiation of steel by a pulsed electron beam is accompanied by the formation of a structure of high-speed cellular crystallization of solid solution based on γ-Fe; (2) nitriding of steel in the initial state is accompanied by formation of nitrides of iron FeN and chrome CrN with a total content of 79,8 wt.%; (3) pulsed electron-beam pre-irradiation of steel leads to a decrease in the rate of nitride formation during subsequent nitriding; the total nitride content of 53 wt.%; (4) regardless of the number of alloying cycles (titanium concentration in the surface layer) after five hours of nitriding in the samples formed a surface layer of nitrides of chromium and iron (1 cycle of doping) or nitrides of chromium and titanium (5 cycles of doping).