ROLE OF HIGH-TEMPERATURE TEMPERING IN FORMATION OF STRUCTURAL-PHASE STATES OF PLASMA-DEPOSITED MOLYBDENUM HIGH-SPEED STEEL

Cover Page

Cite item

Abstract

The technology of plasma surfacing in nitrogen on 30HGSA grade steel with a powder wire of the MoCrCoC system with a diameter of 4 mm formed a deposited layer with a thickness of approximately 9 ‒ 10 mm Argon of the highest grade was used as the plasma-forming gas. The structural and phase states and defective substructure of the surface of a plasma-deposited layer in a nitrogen medium with high-speed molybdenum steel on a substrate subjected to double tempering at a temperature of 560 ‒ 580 °C for 1 hour have been studied by methods of modern physical materials science. It is shown that the deposited layer has a polycrystalline structure and contains layers of eutectic. The formation of a multiphase structure in the deposited layer was revealed, represented by an α-phase (solid solution based on the BCC crystal lattice Fe), a γ-phase (solid solution based on the FCC crystal lattice Fe), carbides of complex composition Me23C6 and Me6C, iron carbides Fe3C and chromium Cr3C2. It was established that tempering of the deposited layer does not lead to a change in the morphology of the structure formed by grains of eutectic and a solid solution based on α-iron (BCC crystal lattice). The main phases are α-Fe (85 wt. %) and carbides of complex composition Me23C6 (9 wt. %) and Me6C (6 wt. %) forming eutectic grains. It has been established that the tempering of the deposited layer is accompanied by the pre-transformation of residual austenite with the formation of nanoscale particles of iron and chromium carbides along the boundaries of martensite crystals. Microcracks have been identified along the interfacial interfaces and in the volume of the plates of the carbide phase of eutectic grains, which can initiate the destruction of the deposited layer material during operation.

About the authors

Viktor E. Gromov

Siberian State Industrial University

Author for correspondence.
Email: gromov@physics.sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5147-5343
SPIN-code: 2834-4090
Russian Federation

Yuri F. Ivanov

Institute of High-Current Electronics SB RAS

Email: yufi55@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0271-5504
SPIN-code: 7576-4810

Yuri F. Ivanov

Institute of High-Current Electronics SB RAS

Email: yufi55@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0271-5504
SPIN-code: 7576-4810

Irina V. Baklushina

Siberian State Industrial University

Email: baklushina_iv@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4487-3260
SPIN-code: 9087-6310

Irina V. Baklushina

Siberian State Industrial University

Email: baklushina_iv@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4487-3260
SPIN-code: 9087-6310

Aleksandr S. Chapaykin

Siberian State Industrial University

Email: thapajkin.s@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-8160-7827
SPIN-code: 4488-3030

Aleksandr S. Chapaykin

Siberian State Industrial University

Email: thapajkin.s@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0009-8160-7827
SPIN-code: 4488-3030

Roman E. Kryukov

Siberian State Industrial University

Email: rek_nzrmk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3394-7941
SPIN-code: 7328-3134

Roman E. Kryukov

Siberian State Industrial University

Email: rek_nzrmk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3394-7941
SPIN-code: 7328-3134

References

  1. Емелюшин А.Н., Петроченко Е.В., Нефе- дьев С.П. Исследование структуры и ударно- абразивной износостойкости покрытий системы Fe ‒ C ‒ Cr ‒ Mn ‒ Si, дополнительно легированных азотом. Сварочное производство. 2011;10:18‒22.
  2. Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазменное упрочнение поверхности. Старый Оскол: ТНТ, 2021;156.
  3. Hacisalihoglu I., Yildiz F., Alsaran A. Wear performance of different nitride-based coatings on plasma nitrided AISI M2 tool steel in dry and lubricated conditions. Wear. 2017;384-385:159–168.
  4. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P., Chapaikin A.S., Vashchuk E.S., Romanov D.A. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal. 2023;66(7);731‒739. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-w
  5. Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed′ev S.P. Inverstigation of the structure and impact-abrasive resistance of coatings of the Fe‒C‒Cr‒Mn‒Si system, additionally alloyed with nitrogen. Welding International. 2013;27(2):150‒153.
  6. Kravchenko I.N., Kartsev S.V., Kolomeichen-ko A.V. et al. Metallurgical Features of Plasma Surfacing with Powder Hard Alloy with Addition of Aluminum Powder. Metallurgist. 2021;64(9-10):1077‒1085. https://doi.org/10.1007/s11015-021-01089-x
  7. Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Yuryev A.B., Minenko S.S., Semin A.P., Chapaikin A.S. Structure, Phase Composition, and Surface Properties of R2M9 High-Speed Steel. Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2024;18(6):1395–1400.
  8. Кремнев Л.С., Онегина А.К., Виноградова Л.А. Особенности превращений, структуры и свойств молибденовых быстрорежущих сталей. Металловедение и термическая обработка металлов. 2009;12(654):13‒19. EDN: KZSBKP
  9. Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов. МиТОМ. 2008;11:18‒28. EDN: KVXKKF
  10. Rakhadilov B.K., Wieleba W., Kylyshkanov M.K. et al. Structure and phase composition of high ‒ speed steels. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2020;2(98):83‒92. https://doi.org/10.31489/2020Ph2/83-92
  11. Иванов Ю.Ф. Структурные и фазовые пре-вращения в ряде сталей при статическом и динамическом режимах термической обра-ботки. Автореферат дис. докт. ф.-м. наук. Москва, 2002:41.
  12. Модификация поверхности металлических материалов низкоэнергетическими сильно-точными электронными пучками / В.П. Рот-штейн, Д.И. Проскуровский, Г.Е. Озур, Ю.Ф. Иванов. Новосибирск: СО РАН Наука, 2019:348.
  13. Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионно-плазменной обработке / Под. ред. Н.Н. Кова-ля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ, 2016:298.
  14. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучка-ми / Под ред. Дж. Поута, Г. Фоти, Д. Дже-кобсона. Москва: Машиностроение, 1987:424.
  15. Иванов Ю.Ф., Громов В.Е., Миненко С.С., Гусева Т.П., Чапайкин А.С., Семин А.П. Структура и свойства поверхностного слоя, полученного плазменной наплавкой из высокоэнтропийной молибденовой быстрорежущей стали, после комплексной обработки. Материаловедение. 2025;6:15‒23.
  16. Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Yuryev A.B., Minenkо S.S., Konovalov S.V. Modification of transition zone structure of high-speed steel sur-facing ‒ substrate by electron-beam treatment. Вестник Сибирского государственного инду-стриального университета. 2025;1(51):43‒50.
  17. Пайкин А.Г., Шулов В.А., Энгелько В.И. и др. Кратерообразование на поверхности деталей из жаропрочной стали 15Х16К5Н2МВФАВ-Ш при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006;10:9−14. EDN: HVMOZZ.
  18. Шулов В.А., Пайкин А.Г., Белов А.Б. и др. Модификация поверхности деталей из жаро-прочных сталей сильноточными импульсны-ми электронными пучками. Физика и химия обработки материалов. 2005;2:61−70. EDN: HSGMVF
  19. Fedorov S., Sharipov Ja., Abrorov A. Increasing the surface stability of the cutting tool through complex machining. Journal of Physics: Confer-ence Series: II International Scientific Confer-ence on Metrological Support of Innovative Technologies (ICMSIT II-2021), St. Petersburg, 2021;1889:22079. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1889/2/022079
  20. Egerton F.R. Physical Principles of Electron Mi-croscopy. Basel: Springer International Publish-ing, 2016:196.
  21. Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Micros-copy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer, 2014:717.
  22. Carter C.B., Williams D.B. Transmission Elec-tron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Журнал «Вестник Сибирского государственного индустриального университета»

Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС77-77872 от 03.03.2020 г.

Журнал имеет международный стандартный номер сериального издания ISSN 2304-4497 (Print) и подписной индекс в каталоге «Урал-Пресс» – 41270

Учредитель:

ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет»

Адрес редакции:

654007, Кемеровская обл. – Кузбасс, г. Новокузнецк, Центральный район, ул. Кирова, зд. 42, Сибирский государственный индустриальный университет, каб. 483гт, тел. 8-950-270-44-88

Ответственный за выпуски: Запольская Е.М. 

Издатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный индустриальный университет», г. Новокузнецк, Россия

Исключительные авторские права на статьи принадлежат авторам ©

Обработка персональных данных

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).