Структура поверхностного слоя высокохромистой стали, подвергнутой азотированию в элионном режиме в плазме несамостоятельного дугового разряда с накаленным катодом

Целью настоящей работы является обнаружение закономерностей формирования структуры поверхностного слоя высокохромистой стали, подвергнутой азотированию в плазме газового разряда низкого давления с использованием плазмогенератора с накаленным катодом «ПИНК». Нагревание образцов до температуры азотирования осуществляли ионной компонентой плазмы, а также электронной и ионной компонентами плазмы (элионный режим). Объектом исследования являлась жаропрочная коррозионностойкая сталь аустенитного класса марки 20Х23Н18 (зарубежный аналог AISI 310S). Актуальность исследований обусловлена сравнительно низким уровнем твердости и износостойкости сталей данного класса. Азотирование стали осуществляли на установке «ТРИО», дооснащенной блоком коммутации для реализации элионного (электронного и ионного) режима обработки. Установлено, что толщина упрочненного слоя составляет 55-60 мкм и слабо зависит от метода азотирования, температуры (в интервале 793-873 К) и длительности (3-5 ч) процесса. Выявлен режим азотирования, позволяющий формировать поверхностный слой с микротвердостью 13,7 (ионный режим нагревания) и 10,8 ГПа (элионный режим нагревания). Установлено, что высокие прочностные и трибологические свойства азотированной стали обусловлены формированием в поверхностном слое нанокристаллической структуры, основными фазами которой являются нитриды железа Fe4N и нитриды хрома CrN. Показано, что нагревание образцов до температуры азотирования в элионном режиме, использующем электронную и ионную компоненту плазмы, приводит к существенно меньшему уровню шероховатости материала по сравнению с образцами, нагревание которых при азотировании осуществляли ионной составляющей плазмы.