ELECTRON MICROSCOPIC ANALYSIS OF THE TRANSITION ZONE OF THE PLASMA COATING ‒ SUBSTRATE SYSTEM
- Authors: Baklushina I.1, Gromov V.1, Ivanov Y.2, Litovchenko I.3, Kryukov R.1, Yur'ev A.1
-
Affiliations:
- Siberian State Industrial University
- Institute of High-Current Electronics Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
- Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
- Issue: No 4 (2025)
- Section: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2304-4497/article/view/380160
- ID: 380160
Cite item
Abstract
Using plasma surfacing technology in a protective nitrogen alloy environment, a coating of approximately 9 ‒ 10 mm thick was applied to 30HGSA steel with a Mo ‒ Cr ‒ Co ‒ C powder wire. The structural and phase state and elemental composition of the contact transition zone of a plasma coating system (high-speed molybdenum steel) "substrate (medium carbon steel)" subjected to electron beam treatment have been studied by methods of modern physical materials science. The energy density of the electron beam is 30 J/cm2, the pulse duration of the electron beam is 50 μs, the number of irradiation pulses is 10, and the pulse repetition rate is 0.3 s1 (specify the units of measurement). It has been established that the formation of the coating is accompanied by the creation of an extended transition layer with a thickness of about 100 μs, which contains an α-phase, a γ-phase, and carbides of complex composition. It has been established that the transition layer after irradiation contains microcraters and microcracks, crushing it into sections of various sizes. After irradiation, a lamellar structure containing Me6C carbide cementite particles was revealed in the volume of the transition layer. X-ray diffraction analysis showed that the contact zone directly adjacent to the coating contains grains of residual austenite reinforced with nanoscale Me6C carbides.
About the authors
Irina V. Baklushina
Siberian State Industrial University
Author for correspondence.
Email: baklushina_iv@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-4487-3260
SPIN-code: 9087-6310
младший научный сотрудник
Russian FederationViktor E. Gromov
Siberian State Industrial University
Email: gromov@physics.sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5147-5343
SPIN-code: 2834-4090
Russian Federation
Yurii F. Ivanov
Institute of High-Current Electronics Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: yufi55@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-8022-7958
SPIN-code: 7576-4810
Igor' Yu. Litovchenko
Institute of Strength Physics and Materials Science of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences
Email: litovchenko@spti.tsu.ru
ORCID iD: 0000-0002-5892-3719
SPIN-code: 5506-1478
Roman E. Kryukov
Siberian State Industrial University
Email: rek_nzrmk@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3394-7941
SPIN-code: 7328-3134
Aleksei B. Yur'ev
Siberian State Industrial University
Email: rector@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0002-9932-4755
SPIN-code: 1104-0168
References
- Nefedyev S.P., Vdovin K.N., Emelyushin A.N. Peculiarities of forming of the wear-resistant cast iron coating structure on steel 45 upon plasma-powder surfacing. Materials Science Forum. 2016;870:141–148.
- https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.870.141
- Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Плазменное упрочнение поверхности. Старый Оскол: ТНТ. 2021:156.
- Darmawan W., Quesada J., Marchal R. Characteristics of laser melted AISI-T1 high speed steel and its wear resistance. Surface Engineering. 2007;23(2):112–119.
- https://doi.org/10.1179/174329407X169502
- Emelyushin A.N., Petrochenko E.V., Nefed′ev S.P. Inverstigation of the structure and impact-abrasive resistance of coatings of the Fe‒C‒Cr‒Mn‒Si system, additionally alloyed with nitrogen. Welding International. 2013;27(2):150–153.
- Нефедьев С.П., Емелюшин А.Н. Влияние азота на формирование структуры и свойств плазменных покрытий типа 10Р6М5. Вестник Югорского государственного университета. 2021;3(62):33–45.
- https://doi.org/10.17816/byusu20210233-45
- Мозговой И.В., Шнейдер Е.А. Наплавка быстрорежущей стали. Омск: Изд-во «ОмГТУ», 2016:200.
- Ivanov Yu.F., Gromov V.E., Potekaev A.I., Guseva T.P., Chapaikin A.S., Vashchuk E.S., Romanov D.A. Structure and properties of R18U surfacing of high-speed steel after its high tempering. Russian Physics Journal. 2023;66(7):731–739. https://doi.org/10.1007/s11182-023-02999-w
- Rakhadilov B.K., Zhurerova L.G., Scheffler M., Khassenov A.K. Change in high temperature wear resistance of high speed steel by plasma nitriding. Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2018;3(91):59–65. EDN: KJWHYN.
- Громов В.Е., Юрьев А.Б., Иванов Ю.Ф., Миненко С.С., Коновалов С.В. Электронно-микроскопическое исследование зоны контакта наплавка (быстрорежущая сталь Р2М9) – подложка (сталь 30ХГСА). Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;2(52):9–16.
- https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-9-16
- Potekaev A.I., Gromov V.E., Yuriev A.B., Ivanov Yu.F., Konovalov S.V., Minenko S.S., Semin A.P., Chapaikin A.S., Litovchenko I.Yu. Transition zone structure in the fast-cutting surfaced layer – substrate system. Russian Physics Journal. 2024;67(8):1107–1113. https://doi.org/10.1007/s11182-024-03222-0
- Kremnev L.S. From High-Speed Tungsten Steel to High-Temperature Molybdenum Steel: A Century of High-Speed Steel. Steel in Translation. 2009;39(12):1111–1118.
- https://doi.org/10.3103/S0967091209120195
- Кремнев Л.С., Онегина А.К., Виноградова Л.А. Особенности превращений, структуры и свойств молибденовых быстрорежущих сталей. Металловедение и термическая обработка металлов. 2009;12(654):13–19. EDN: KZSBKP.
- Кремнев Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов. Металловедение и термическая обработка металлов. 2008;1(641):18–27. EDN: KVXKKF.
- Купалова И.К. Фазовый анализ и фазовый состав быстрорежущих сталей (обзор). Заводская лаборатория. 1983;1:27–40.
- Вострецов Г.Н. Деформационная способ-ность наплавленного теплостойкого металла типа Р2М8 при мартенситном превращении. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2012;1:7–10.
- Ротштейн В.П., Проскуровский Д.И., Озур Г.Е., Иванов Ю.Ф. Модификация поверхности металлических материалов низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. Новосибирск: Изд-во СО РАН Наука. 2019:348.
- Эволюция структуры поверхностного слоя стали, подвергнутой электронно-ионноплазменной обработке / Под ред. Н.Н. Коваля, Ю.Ф. Иванова. Томск: НТЛ. 2016:298.
- Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. Поута, Г. Фоти, Д. Джекобсона. Москва: Машиностроение, 1987:424.
- Шулов В.А., Пайкин А.Г., Белов А.Б., Львов А.Ф., Энгелько В.И., Овчинников Д.В. Модификация поверхности деталей из жаропрочных сталей сильноточными импульсными электронными пучками. Физика и химия обработки материалов. 2005;2:61−70. EDN: HSGMVF.
- Carter C.B., Williams D.B. Transmission Electron Microscopy. Berlin: Springer International Publishing, 2016:518.
- Kumar C.S.S.R. Transmission Electron Mi-croscopy. Characterization of Nanomaterials. New York: Springer. 2014:717.
- Egerton F.R. Physical Principles of Electron Microscopy. Basel: Springer International Publishing. 2016:196.
- Пайкин А.Г., Шулов В.А., Энгелько В.И., Ткаченко К.И., Львов А.Ф., Теряев А.Д., Крайников А.В. Кратерообразование на поверхности деталей из жаропрочной стали 15X16К5Н2МВФАВ-Ш при облучении сильноточными импульсными электронными пучками. Упрочняющие технологии и покрытия. 2006;10(22):9‒14.
- Курдюмов В.Г., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. Москва: Наука. 1977:236.
- Утевский Л.М. Дифракционная электрон-ная микроскопия в металловедении. Москва: Металлургия. 1973:584.
Supplementary files
