Курский государственный университет, Курск, Россия

Н. А. Костин, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: nikolay-kostin@yandex.ru

Рассмотрены особенности нитроцементации стали Х12МФ при температуре 580 °C (в режиме мягкого азотирования) в высокоактивной твердой азотисто-углеродистой среде на основе аморфного углерода и азотосодержащих компонентов — карбамида и железосинеродистого калия. Проведены металлографический и рентгеноструктурный анализ нитроцементованных образцов. Микроструктура нитроцементованной стали исследована на поперечных шлифах с использованием растрового электронного микроскопа с системой рентгеновского микроанализа. Проведен послойный рентгеноструктурный анализ образцов. Испытания нитроцементованных образцов на изнашивание проводили в условиях трения, аналогичных условиям работы штамповых инструментов. В ходе проведения эксперимента подобран состав пасты, имеющей высокую эффективность при низкотемпературной нитроцементации. В результате нитроцементации на поверхности стали образуются модифицированные слои, имеющие двухфазный состав, основными фазами которого являются гексагональный ε-карбонитрид ((Fe,Cr)2-3(CN)), отличающийся высокой твердостью, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью и твердый раствор на основе α-железа. По результатам проведенных исследований можно заключить, что нитроцементация штамповой стали Х12МФ, проводимая в высокоактивной азотисто-углеродной пасте при температуре нитроцементации 580 °C способствует образованию на поверхности модифицированных слоев, насыщенных карбонитридами (главным образом гексагональным карбонитридом ε). Модифицированные слои отличаются низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Использование пасты обеспечивает экологическую чистоту процесса, так как требует малого расхода цианистой соли K4Fe(CN)6, а также ускоряет этот процесс настолько, что нитроцементация в пасте становится сравнимой по скорости с карбонитрированием в расплавленных цианистых солях. Нитроцементация инструментальной стали Х12МФ при температуре 580 °C позволяет получить за сравнительно короткое время (3 ч) диффузионный слой, обогащенный азотом, достаточной толщины и твердости длясущественного повышения износостойкости.

1. Адаскин А. М. Инструментальные материалы в машиностроении : учебник. — М. : НИЦ Инфра–М, 2024. — 391 с.
2. 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.
3. Околович Г. А. Штамповые стали для холодного деформирования металлов. — Изд. 2-е перераб. и доп. — Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2010. — 202 с.
4. Ворошнин Л. Г., Менделеева О. Л., Сметкин В. А. Теория и технология химико-термической обработки : монография. — Минск : БИТУ, 2006. — 198 с.
5. 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.
6. Металлы и сплавы: Справочник / под ред. Ю. П. Солнцева. — СПб. : АНО НПО Профессионал, 2003. — 1066 с.
7. 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.
8. Гадалов В. Н. и др. К вопросу о применении методов поверхностного упрочнения конструкционных и инструментальных материалов в современных условиях // Материалы и упрочняющие технологии-2004: сб. материалов XI юбилейной Российской научно-технической конференции. — Курск : Курский гос. техн. ун-т, 2004. С. 8–12.
9. Пат. 2592339 С1 РФ. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / Костин Н. А., Колмыков В. И., Костин Н. Н. и др. ; заявл. 26.03.2015 ; опубл. 20.07.2016, Бюл. № 20.

10. Пат. 2600612 С1 РФ. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / Костин Н. А., Колмыков В. И., Костин Н. Н. и др. ; заявл. 05.05.2015 ; опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30.
11. Kostin N. A. Pack cyaniding of steel 6KH4M2FS in order to increase heavily-loaded die durability // Metal Science and Heat Treatment. 2020. Vol. 62. Nos. 5-6. P. 331–335.
12. Костин Н. А. Особенности закалки штамповых сталей 5ХГС и 5Х3ГС, науглероженных до заэвтэктоидных концентраций // Черные металлы. 2020. № 5. С. 31–36.
13. ГОСТ 20799–88. Масла индустриальные. Технические условия. — Введ. 01.01.1990.
14. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 07.07.1976.
15. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
16. Костин Н. А. Повышение эксплуатационных свойств штамповой стали 5Х2ГФ путем создания карбонитридных слоев химико-термической обработкой // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 8. С. 19–22.
17. Mosecker L., Pierce D. T., Schwedt A., Beighmohamadi M. et al. Temperature effect on deformation mechanisms and mechanical properties of a high manganese C+N alloyed austenitic stainless steel // Materials Science and Engineering: A. 2015.Vol. 642. P. 71–83.
18. Bracke L., de Cooman B., Liebeherr M., Akdur N. Phase transformations in high strength austenitic FeMnCr steels, solid-solid phase transformations in inorganic materials. 2005. Vol. 1. — 905 p.
19. Дьяков И. Г. Теория и практика анодного электролитно-плазменного насыщения стальных и титановых сплавов азотом и углеродом : дис. … докт. техн. наук. — Москва, 2021. — 403 с.
20. Иванов А. С., Богданова М. В. Оптимизация технологии цементации и термической обработки низкоуглеродистых мартенситных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 2.
С. 59–62.
21. Gu C., Lou B., Jing X., Shen. F. Mechanical properties of the carburized Cr–Ni–Mo steels with added case nitrogen // Journal Heat reating. 1989. Vol. 7. P. 87–94.
22. 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.
23. Попова Н. А., Никоненко Е. Л., Никоненко А. В. и др. Влияние электролитической плазменной нитроцементации на структурно-фазовое состояние сталей феррито-перлитного класса // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. № 10. С. 782–789.