ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ЭЛЕКТРОЛИТА НА МИКРОСТРУКТУРУ, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СТАЛИ 45 ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЛИТНОПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ

В данной работе проведено всестороннее исследование влияния катодного азотирования на структуру и свойства стали 45, обработанной в различных водных электролитах. Анализ, включающий рентгеновские исследования и электронную микроскопию, показал, что азотирование способствует образованию многослойной структуры поверхности, включающей оксидные, нитридные и мартенситные слои. В зависимости от состава использованного электролита, изменения в фазовом составе и толщине модифицированных слоев оказывают значительное влияние на механические свойства стали, что подтверждается различиями в твердости и износостойкости материалов после обработки. В частности, при использовании электролита, содержащего натрий карбонат (Na₂CO₃) и мочевина (CH₄N₂O), была достигнута максимальная микротвёрдость в 986 HV, что обусловлено образованием плотного нитридного слоя. В то же время добавление нитратный селитры в электролит, несмотря на некоторое снижение микротвёрдости до 882 HV, способствовало формированию более сложной и стойкой фазовой структуры, включающей дополнительные нитриды и оксиды, что улучшает коррозионную стойкость. Результаты работы подчеркивают значимость оптимизации состава электролита для достижения улучшенных эксплуатационных характеристик стали, таких как твердость, износостойкость и сопротивление коррозии. Проведенное исследование демонстрирует потенциал катодного азотирования как эффективного метода улучшения механических и поверхностных свойств стали 45, что открывает новые возможности для её применения в условиях повышенных нагрузок и агрессивных сред.

1. Kumar A. Plasma Electrolytic Nitriding of Steels / A. Kumar, D. Singh // Journal of Surface Engineering. – 2018. – № 34(5). – Р. 321-330.

2. Electrolytic Plasma Nitriding: Theory and Practice / А. Ivanov et al / Moscow: Mashinostroenie. – 2010.

3. Brown D. Historical Perspectives on Plasma Nitriding Processes / D. Brown, R. Clark // Materials Performance and Characterization. – 2017. – № 6(4). – Р. 245-253.

4. Application of Plasma Nitriding to Medium Carbon Steels / V. Kuznetsov et al // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2016. – № 47. – Р. 192-202.

5. Lee C. Microstructure and Properties of Plasma Nitrided Steels / C. Lee, H. Park // Journal of Materials Science and Technology. – 2020. – № 56. – Р. 45-53.

6. Microstructural Evolution in Plasma Nitrided Medium Carbon Steel / Y. Zhang et al // Surface and Coatings Technology. – 2021. – № 409. – Р. 126891.

7. Thompson R. Formation of Iron Nitrides in Plasma Nitriding / R. Thompson, M. Green // Acta Materialia. – 2018. – № 142. – Р. 137-145.

8. Anode plasma electrolytic nitrohardening of medium carbon steel / S.A. Kusmanov et al // Surf. Coat. Technol. – 2015.

9. Improvement of corrosion and wear resistance of 45 steel with anode plasma electrolyte nitriding / A.A. Smirnov et al // Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. – 2017.

10. Sliding wear behavior of electrolytic plasma nitrided cast iron and steel / Х. Nie et al // Surf. Coat. Technol. – 2005.

11. Feasibility study of aqueous electrolyte plasma nitriding / A. Roy et al // Surface engineering. – 2007.

12. Carburizing of low-melting-point metals by pulsed nanocrystalline plasma electrolytic carburizing / M. Aliofkhazraei et al // Surf. Coat. Technol. – 2008.

13. Plasma electrolytic surface carburized and hardening of pure iron / М. Tarakci et al // Surf. Coat. Technol. – 2005.

14. Taheri P. A phenomenological model of nanocrystalline coating production using plasma electrolytic saturation (PES) technique / P. Taheri, C. Dehghanian // Transaction B: Mechanical Engineering. – 2009.

15. Aliev M.Kh. Pulsed nanocrystalline plasma electrolytic boriding as a novel method for corrosion protection of CP-Ti / M.Kh. Aliev, A. Sabour // Bull. Mater. Sci. – 2007.

16. "Surface modification of SCM420 steel by plasma electrolytic treatment / J.H. Kong et al // Surf. Coat. Technol. – 2013. 17. Anodic heating in aqueous solutions of electrolytes and its use for treating metal surfaces / P.N. Belkin et al // Surf. Eng. Appl. Electrochem. – 1997.

17. Rakhadilov B. The influence of electrolytic-plasma nitriding on the structure and tribological properties of high-speed steels / B. Rakhadilov, S. urbanbekov, A. Miniyazov // Tribologia. – 2015.

18. Skakov M. Influence of electrolyte plasma treatment on structure, phase composition and microhardness of steel P6M5 / M. Skakov, B. Rakhadilov, M. Sheffler // Key Eng. Mater. – 2013.

19. The effect of ammonia water on the microstructure and performance of plasma electrolytic saturation nitriding layer of 38CrMoAl steel / X.-Z. Hua et al // Phys. Procedia. – 2013.

20. A novel method of surface modification for steel by plasma electrolysis carbonitriding / D.J. Shen et al // Material Science and Engineering A. – 2007. 22. Anodic plasma electrolytic saturation of steels by carbon and nitrogen / B.R. Lazarenko et al // Scientific.net. – 2017.

21. Electrolyte-plasma surface hardening of hollow steel applicator needles for point injection of liquid mineral fertilizers / В. Rakhadilov et al // AIMS Materials Science. – 2024. – № 11(2).

22. Change of structure and mechanical properties of R6M5 steel surface layer at electrolyticplasma nitriding / M. Skakov et al // Adv Mat Res. – 2014. – № 1040. – Р. 753-758.

23. Study on surface hardening and wear resistance of AISI 52100 steel by ultrasonic nanocrystal surface modification and electrolytic plasma surface modification technologies / N. Magazov et al // Materials. – 2023. – № 16. – Р. 6824.