Особенности формирования азотированных слоев в пластически деформированной стали 40Х, обработанной интенсивными потоками ионов азота

Abstract

С помощью комбинированной ультразвуковой финишной обработки и высокоинтенсивной низкоэнергетической имплантации ионами азота получены упрочненные слои на поверхности стали 40Х. Используя методы оптической металлографии, рентгеноструктурного анализа и дюрометрии, исследованы особенности строения и свойств поверхностных слоев, полученных данным способом. Показано, что при имплантации на поверхности стали формируется азотированный слой, представляющий зону внутреннего азотирования, фазовый состав которой определяется температурой имплантации и способом предварительной подготовки поверхности. Увеличение температуры азотирования приводит к возрастанию доли нитридных фаз в поверхностном слое стали. Ультразвуковая финишная обработка интенсифицирует процесс имплантации ионов азота, увеличивая глубину упрочненного слоя за счет образования в структуре большого количества дефектов кристаллического строения и повышая микротвердость за счет увеличения доли нитридных фаз.

Hardened layers on the surface of the steel 40X were obtained by combination of ultrasonic finishing treatment and high-intensity low-energy ion implantation of nitrogen ions. Using the optical metallography, X-ray diffraction and durometery methods the authors have studied the features of the structure and properties of surface layers. It is shown that nitride layer is formed on steel surface at implantation. This layer is a zone of internal nitriding; its phase composition is determined by the temperature of the implantation and by technique of surface pretreatment. The increase of nitriding temperature results in rising the nitriding phase in steel surface layer. Ultrasonic finishing treatment intensifies nitrogen ion implantation increasing the depth of the hardened layer by forming large number of crystal defects in the structure and improving micro-hardness by increasing the proportion of nitride phases.