Способ комплексной обработки для упрочнения хромоникелевой стали, сочетающий холодную деформацию (радиальную ковку) и последующее азотирование, разработали ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 17 апреля сообщает пресс-служба вуза.

Холодная деформация металла приводит к изменению структуры материала, при котором возрастает его прочность, поэтому этот метод применяют, когда требуется повышенная твердость металлических изделий. Ученые Пермского Политеха усовершенствовали метод повышения прочностных характеристик широко применяемых хромоникелевых сталей за счет совмещения холодной ковки с азотированием.

Результаты исследования предложенного метода, разработанного в рамках проекта № С 26/513, авторы представили в статье «Комплексная деформационно–ионно-плазменная обработка стали 08Х18Н10Т-Ш», опубликованной в журнале Metal Science and Heat Treatment, 2024 год.

Нержавеющая хромоникелевая сталь 08Х18Н10Т-Ш имеет за счет своих уникальных свойств широкое применение в производстве, например, сварной аппаратуры, нержавеющих труб, деталей для химической промышленности, контактирующих с агрессивными жидкостями, цистерн, холодильных камер и ряда других изделий.

Для повышения ее прочности применяют пластическую деформацию, которая меняет структуру металла. Одним из перспективных методов упрочнения стали является радиальная ковка, когда на металлическую заготовку давление оказывают две или более наковальни — перемещаясь по кругу, они формируют деталь заданных размеров. Еще одним методом упрочнения таких сталей является ионно-плазменное азотирование.

Исследователи ПНИПУ провели анализ влияния на структуру и свойства стали 08Х18Н10Т-Ш деформации радиальной ковкой с последующим азотированием.

Доцент кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» ПНИПУ кандидат технических наук Ольга Силина рассказала о предложенном комплексном методе повышения прочности хромо-никелевой стали:

«Такое сочетание технологий увеличивает проникновение азота в структуру металла, тем самым повышая характеристики поверхности. Увеличивается прочность, стойкость к коррозии и сопротивляемость к образованию микротрещин. Насыщение сплава азотом происходит в вакуумной камере, куда подается газ. Между изделием и стенками камеры возникает тлеющий заряд и образуется среда с заряженными ионами, молекулами и атомами. Это формирует на поверхности стали упрочняющий азотированный слой».

Параметрами, влияющими на результат упрочнения, являются степень деформации заготовки, состав газа, температура и длительность процесса азотирования. Ученые экспериментально выяснили числовые зависимости их воздействия на конечные параметры твердости стали.

Кроме того, ученые исследовали изменения во внутренней структуре материала при деформации, которая при ковке, фрагментируясь, повышает твердость металла. Они установили, что на толщину азотированного слоя стали и характер изменения его твердости влияет степень деформации слоя при холодной радиальной ковке.

Так, на заготовках, азотированных при температуре 460–520 °C, увеличение степени деформации приводит к возрастанию толщины упрочненного слоя. Причем у стали, кованной на 40%, по сравнению с недеформированным образцом толщина прочного слоя больше в 2 раза, а у кованной на 90% — более чем в 3 раза.

Исследователи установили, что повышение температуры до 570 °C приводит к снижению скорости проникновения азота в материал.

Эксперименты ученых Пермского политеха в результате доказали, что радиальная ковка перед азотированием стали, во-первых, ускоряет формирование азотного упрочняющего слоя, а во-вторых, создает более твердую поверхность изделия. Таким образом, предложенный в ПНИПУ способ комплексной обработки хромоникелевой стали позволит изготавливать из нее более высокопрочную и надежную продукцию.