Effect of frictional treatment and low temperature plasma carburizing on the microhardness and electromagnetic characteristics of metastable austenitic steel

R. A. Savrai; Саврай Р. А.; P. A. Skorynina; Скорынина П. А.; A. V. Makarov; Макаров А. В.; L. Kh. Kogan; Коган Л. Х.; A. I. Menshakov; Меньшаков А. И.

doi:10.31857/S0015323023600697

Effect of frictional treatment and low temperature plasma carburizing on the microhardness and electromagnetic characteristics of metastable austenitic steel

Autores: Savrai R.¹, Skorynina P.¹, Makarov A.¹^,2, Kogan L.², Menshakov A.³^,4
Afiliações:
1. Institute of Engineering Science, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences
2. Mikheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences
3. The Institute of Electrophysics of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences Ekaterinburg
4. Ural Federal University
Edição: Volume 124, Nº 8 (2023)
Páginas: 748-755
Seção: СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
URL: https://journals.rcsi.science/0015-3230/article/view/139494
DOI: https://doi.org/10.31857/S0015323023600697
EDN: https://elibrary.ru/OMIVLC
ID: 139494

Citar

Texto integral

Acesso aberto
Acesso é fechado

Acesso está concedido
Acesso é fechado

Somente assinantes

Resumo
Sobre autores
Bibliografia
Arquivos suplementares
Estatísticas

Resumo

Microhardness and electromagnetic characteristics of corrosion-resistant chromium-nickel (wt. %: 16.80 Cr; 8.44 Ni) austenitic steel subjected to electron beam plasma carburizing at temperatures of 350 and 500°C, frictional treatment with a sliding indenter and combined treatments, including frictional treatment and plasma carburizing have been investigated. It has been found that plasma carburizing increases the microhardness of the steel surface from 200 to 1100 HV0.025. The total hardening depth was 25 microns after carburizing at T = 350°C and 300 microns after carburizing at T = 500°C. Frictional treatment increases the microhardness of the steel to 600 HV0.025 with a total hardening depth of 500 microns. It has been shown that the diffusion-active layer with a dispersed structure formed during preliminary frictional treatment contributes to additional hardening of the steel (up to 1275 HV0.025) during subsequent low-temperature (350°C) carburizing. Combined treatment with carburizing at a temperature of 500 °C increases the microhardness of the steel to 820 HV0.025, and the total hardening depth is 500 microns for both combined treatments. It has also been found that plasma carburizing of the steel leads to a decrease in the eddy-current readings compared to the quenched steel and their growth compared to the steel subjected to frictional treatment, which can be used to develop quality control techniques for such treatments.

Palavras-chave

austenitic stainless steel, plasma carburizing, frictional treatment, microhardness, electromagnetic characteristics

Bibliografia

Tsujikawa M., Egawa M., Sone T., Ueda N., Okano T., Higashi K. Modification of S phase on austenitic stainless steel using fine particle shot peening // Surf. Coat. Technol. 2013. V. 228. P. S318–S322.
Shabashov V.A., Korshunov L.G., Litvinov A.V., Kataeva N.V., Zamatovsky A.E. Increasing the depth of the nitrided layer in the surface of austenitic alloys using friction treatment [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2016. Is. 6. P. 17–27. http://dream-journal.org/issues/ 2016-6/2016-6_108.html.
Menezes M.R., Godoy C., Buono V.T.L., Schvartzman M., Avelar-Batista Wilson J.C. Effect of shot peening and treatment temperature on wear and corrosion resistance of sequentially plasma treated AISI 316L steel // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 309. P. 651–662.
Макаров А.В., Гаврилов Н.В., Самойлова Г.В., Мамаев А.С., Осинцева А.Л., Саврай Р.А. Влияние непрерывного и газоциклического плазменного азотирования на качество наноструктурированной поверхности аустенитной нержавеющей стали // Обр. металлов (технология, оборудование, инструменты). 2017. № 75. С. 55–66.
Макаров А.В., Самойлова Г.В., Гаврилов Н.В., Мамаев А.С., Осинцева А.Л., Саврай Р.А. Влияние предварительной деформационной обработки на упрочнение и качество азотированной поверхности аустенитной нержавеющей стали // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2017. № 4 (42). С. 67–74.
Makarov A.V., Samoilova G.V., Gavrilov N.V., Mamayev A.S., Osintseva A.L., Kurennykh T.E., Savrai R.A. Effect of preliminary nanostructuring frictional treatment on the efficiency of nitriding of metastable austenitic steel in electron beam plasma // AIP Conf. Proc. 2017. V. 1915. Art. 030011.
Lezhnin N.V., Makarov A.V., Gavrilov N.V., Osintseva A.L., Savrai R.A. Improving the scratch test properties of plasma-nitrided stainless austenitic steel by preliminary nanostructuring frictional treatment // AIP Conf. Proc. 2018. V. 2053. Art. 040050.
Liu Zh., Peng Y., Chen Ch., Gong J., Jiang Y. Effect of surface nanocrystallization on low-temperature gas carburization for AISI 316L austenitic stainless steel // International J. Pressure Vessels and Piping. 2020. V. 182. Art. 104053.
Zhidkov I.S., Kukharenko A.I., Makarov A.V., Savrai R.A., Gavrilov N.V., Cholakh S.O., Kurmaev E.Z. XPS characterization of surface layers of stainless steel nitrided in electron beam plasma at low temperature // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 386. № 125492.
Lu Ya., Li D., Ma H., Liu X., Wu M., Hu J. Enhanced plasma nitriding efficiency and properties by severe plastic deformation pretreatment for 316L austenitic stainless steel // J. Mater. Res. Technol. 2021. V. 15. P. 1742–1746.
Lewis D.B., Leyland A., Stevenson P.R., Cawley J., Matthews A. Metallurgical study of low-temperature plasma carbon diffusion treatments for stainless steels // Surf. Coat. Technol. 1993. V. 60. P. 416–423.
Tsujikawa M., Yoshida D., Yamauchi N., Ueda N., Sone T., Tanaka S. Surface material design of 316 stainless steel by combination of low temperature carburizing and nitriding // Surf. Coat. Technol. 2005. V. 200. P. 507–511.
Adachi S., Ueda N. Surface hardness improvement of plasma-sprayed AISI 316L stainless steel coating by low-temperature plasma carburizing // Adv. Powder Technol. 2013. V. 24. P. 818–823.
Скорынина П.А., Макаров А.В., Меньшаков А.И., Осинцева А.Л. Влияние низкотемпературной цементации в плазме электронного пучка на упрочнение и шероховатость поверхности метастабильной аустенитной стали // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2019. Т. 21. № 2. С. 97–109.
Liu H.Y., Che H.L., Li G.B., Lei M.K. Low-pressure hollow cathode plasma source carburizing technique at low temperature // Surf. Coat. Technol. 2021. V. 422. Art. 127511.
Liu H.Y., Che H.L., Gao J.Y., Li G.B., Lei M.K. Low-pressure hollow cathode plasma source carburizing of AISI 304L austenitic stainless steel at low temperature // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 442. Art. 128548.
Саврай Р.А., Скорынина П.А., Макаров А.В., Меньшаков А.И., Гавико В.С. Влияние фрикционной обработки и низкотемпературной плазменной цементации на структуру и фазовый состав метастабильной аустенитной стали // ФММ. 2023. Т. 124. № 5. С. 409–416.
Mao H., Li Q., Mao H., Huang Zh., Tang W., Huang H., Yi X., Qing G., Li X. Nonlinear ultrasonic characterization of carburized case depth // NDT and E Int. 2020. V. 112. Art. 102244.
Silva I.C., Rebello J.M.A, Bruno A.C., Jacques P.J., Nysten B., Dille J. Structural and magnetic characterization of a carburized cast austenitic steel // Scripta Mater. 2008. V. 59. P. 1010–1013.
Putilova E.A., Goruleva L.S., Zadvorkin S.M. Effect of frictional treatment of the AISI 321 steel on the change of its hardness and magnetic characteristics [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2022. Is. 5. P. 40–49. http://dream-journal.org/issues/2022-5/2022-5_364.html.
Макаров А.В., Коган Л.Х., Горкунов Э.С., Колобылин Ю.М. Вихретоковый контроль износостойкости цементированной хромоникелевой стали 20ХН3А // Дефектоскопия. 2001. № 2. С. 67–78.
Amiri M.Sh., Kashefi M. Application of eddy current nondestructive method for determination of surface carbon content in carburized steels // NDT and E Int. 2009. V. 42. P. 618–621.
Макаров А.В., Горкунов Э.С., Скорынина П.А., Коган Л.Х., Юровских А.С., Осинцева А.Л. Вихретоковый контроль фазового состава и твердости метастабильной аустенитной стали после различных режимов наноструктурирующей фрикционной обработки // Дефектоскопия. 2016. № 11. С. 15–26.
Саврай Р.А., Коган Л.Х. Влияние упрочняющей фрикционной обработки на особенности вихретокового контроля усталостной деградации метастабильной аустенитной стали при гигацикловом контактно-усталостном нагружении // Дефектоскопия. 2022. № 8. С. 52–61.
Бакунов А.С., Мужицкий В.Ф., Шубочкин С.Е. Современное решение задач вихретоковой структуроскопии // Дефектоскопия. 2004. № 5. С. 79–84.
Макаров А.В., Горкунов Э.С., Коган Л.Х. Применение вихретокового метода для оценки износостойкости β-титанового сплава ВТ35, легированного водородом // Дефектоскопия. 2007. № 1. С. 27–33.
Макаров А.В., Горкунов Э.С., Малыгина И.Ю., Коган Л.Х., Саврай Р.А., Осинцева А.Л. Вихретоковый контроль твердости, износостойкости и толщины покрытий, полученных методом газопорошковой лазерной наплавки // Дефектоскопия. 2009. № 11. С. 68–78.
Саврай Р.А., Коган Л.Х. Вихретоковый контроль усталостной деградации метастабильной аустенитной стали при гигацикловом контактно-усталостном нагружении // Дефектоскопия. 2021. № 5. С. 56–63.
Souza R.M., Ignat M., Pinedo C.E., Tschiptschin A.P. Structure and properties of low temperature plasma carburized austenitic stainless steels // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 204. Is. 6–7. P. 1102–1105.
Savrai R.A., Makarov A.V., Malygina I.Yu., Rogovaya S.A., Osintseva A.L. Improving the strength of the AISI 321 austenitic stainless steel by frictional treatment [Electronic resource] // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2017. Is. 5. P. 43–62. http://dream-journal.org/issues/2017-5/2017-5_149.html.
Дякин В.В., Сандовский В.А. Теория и расчет накладных вихретоковых преобразователей. М.: Наука, 1981. 136 с.
Дорофеев А.Л. Индукционная структуроскопия. М.: Энергия, 1973. 176 с.
Макаров А.В., Саврай Р.А., Горкунов Э.С., Малыгина И.Ю., Коган Л.Х., Поздеева Н.А., Коло-былин Ю.М. Влияние упрочняющей фрикционной обработки на особенности магнитного и вихретокового контроля отожженной конструкционной стали, подвергнутой циклическому нагружению // Дефектоскопия. 2008. № 7. С. 74–92.
Михеев М.Н., Горкунов Э.С. Магнитные методы структурного анализа и неразрушающего контроля. М.: Наука, 1993. 252 с.
Jiles D.C. The effect of compressive plastic deformation of AISI 4130 steels with various mikrostruktures. J. Phys. D. Appl. Phys. 1998. № 21. P. 1196–1204.
Коган Л.Х., Ничипурук А.П., Гаврилова Л.Д. Влияние содержания углерода на магнитные электрические свойства термообработанных углеродистых сталей и возможности контроля качества отпуска изделий из них вихретоковым методом // Дефектоскопия. 2006. № 9. С. 72–90.