ул. Политехническая, д. 29 литера Б, вн. тер. г. муниципальный округ Академическое, г. Санкт-Петербург 195251
Polytechnicheskaya, 29, St. Petersburg 195251
ул. Политехническая, д. 29 литера Б, вн. тер. г. муниципальный округ Академическое, г. Санкт-Петербург 195251
Polytechnicheskaya, 29, St. Petersburg 195251
В работе исследовались роликовые ножи из инструментальной стали Х12МФ с никель–медным покрытием, нанесённым с помощью диффузионного легировании и последующего интенсивного пла-стического деформирования (ИПД) с контактными напряжениями от 3,0 ГПа до 4,5 ГПа. Применя-лись методы: оптической и просвечивающей электронной микроскопии; рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализа. Проводились трибологические и коррозионные испытания, из-мерения микротвердости и шероховатости.
Показано, что после нанесения Ni–Cu покрытия и ИПД при напряжении 3,5 ГПа не только снижается коэффициент трения в 2 раза, износ в 2,1 раз, шероховатость поверхности ролика в 2,5 раза, по сравнению со сталью без покрытия, но и повышается нагрузка схватывания до 1400 Н. При этом в покрытии формируется дислокационная субструктура с минимальным размером областей когерентного рассеяния (ОКР) 23 нм и максимальной величиной микродеформации кристаллической решётки (МДР) 1,25 %, что свидетельствует о наличии больших упругих искажений кристаллической решётки. Поперечный размер дислокационных субзерен (мелкие области внутри кристаллических зёрен, разделённые малоугловыми границами, которые состоят из сеток дислокаций, образующихся при деформации и создающих внутреннюю субструктуру) (35—47 нм) уменьшился в 5 раз по сравнению с исходным состоянием (200—256 нм). В режиме высокого разрешения в структуре покрытия обнаружено присутствие преимущественно малоугловых границ, которые обладают большей диффузионной способностью для перераспределения легирующих элементов. Можно полагать, что хром из стали Х12МФ, находясь в твёрдом растворе, перераспределяется вдоль малоугловых дислокационных границ удлинённой полигонизованной наноструктуры. В покрытии увеличение концентрации Cr, по сравнению с исходным состоянием, приводит к повышению его относительной стойкости к износу и коррозии.
The work investigated roller knives made of tool steel X12MF with a nickel–copper coating applied by diffusion alloying and subsequent intensive plastic deformation (IPD) with contact stresses from 3.0 to
4.5 GPa. The following methods were used: optical and transmission electron microscopy; X-ray diffraction and microrentgenospectral analysis. Tribological and corrosion tests, measurements of microhardness and roughness were carried out. It is shown that after applying Ni–Cu coating and IPD at a voltage of 3.5 GPa, there was not only a decrease by 2 times in the coefficient of friction, 2.1 times wear, 2.5 times the roughness of the roller surface, compared with uncoated steel, but also an increase in the setting load to 1400 N. At the same time, a dislocation substructure was formed in the coating with a minimum size of 23 nm coherent scattering regions and a maximum value of 1.25 % microdeformation of the crystal lattice, which indicated the presence of large elastic distortions of the crystal lattice. The transverse size of dislocation subgrains (small areas inside the crystalline grains, separated by small-angle boundaries, which consist of dislocation grids formed during deformation and creating an internal substructure) (35—47 nm) decreased by 5 times compared to the initial state (200—256 nm). In the high-resolution mode, the presence of predominantly small-angle boundaries in the coating structure was detected, which had a greater penetrating ability to redistribute alloying elements. It can be assumed that chromium from steel X12MF, being in solid solution, was redistributed along the small-angle dislocation boundaries of the elongated polygonized nanostructure. In the coating, an increase in the concentration of Cr, compared with the initial state, led to an increase in its relative resistance to wear and corrosion.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.