Курский государственный университет, Курск, Россия:
Н. А. Костин, канд. техн. наук, доцент, эл. почта: nikolay-kostin@yandex.ru

Рассмотрены особенности закалки штамповых сталей 5ХГС и 5Х3ГС, используемых в качестве материалов для деталей, подвергнутых цементации до заэвтектоидных концентраций углерода с образованием карбидсодержащих структур, а также особенности цементации штамповых сталей 5ХГС и 5Х3ГС в азотисто-углеродной пасте для использования их в качестве материала для деталей штамповых инструментов. Проведена закалка цементованных образцов в диапазоне температур 780–1150 °C с нагревом в соляных ваннах и охлаждением в масле и отпуском после закалки при температурах от 150 до 550 °C в печи с воздушной атмосферой. Исследована микроструктура цементованных сталей на поперечных шлифах с использованием микроскопа Quanta 650 FEG методом сканирующей электронной микроскопии. Проведен послойный рентгеноструктурный анализ цементованных и закаленных образцов на дифрактометре ДРОН-3 в хромовом kα-излучении. Приведены результаты испытаний цементованных деталей из стали марок 5ХГС и 5Х3ГС из которых следует, что цементация вышеназванных штамповых сталей расширяет диапазон закалочных температур и температур отпуска, при которых обеспечивается их высокая твердость. Дан анализ изменения концентрации углерода по глубине диффузионных слоев исследованных образцов, показано, что цементованные стали, закаленные с 850 °C, могут быть использованы для изготовления инструментов, работающих в условиях интенсивного изнашивания без значительных ударов, а стали, закаленные с 1150 °C (на вторичную твердость), — для производства ударных инструментов, а также инструментов, работающих при повышенных температурах.

1. Алимов Ю. А. Цементация высокоуглеродистых инструментальных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 1974. № 8. С. 75.
2. Смирнов М. А., Пышминцев И. Ю., Лаев К. А., Храмков Е. В., Алютин Д. М. Свойства высокохромистых коррозионностойких сталей, подвергнутых высокотемпературной термомеханической обработке // Вестник МГТУ. 2015. № 3. С. 78–82.
3. Костин Н. А., Колмыков В. И., Трусова Е. В. Особенности процесса науглероживания инструментальных сталей для повышения стойкости штампового инструмента // Auditorium. 2016. № 1. С. 53–58.
4. Shakhmatov A. V., Badrak R. P., Kolesov S. S., Kharkov A. Influence of structure on the corrosion properties of high manganese high nitrogen stainless steel // Proceedings of the European corrosion congress «Eurocorr 2015», Graz, Austria, 2015. P. 1107–1117.
5. Смирнов А. Е., Фахуртдинов Р. С., Рыжова М. Ю., Пахомова С. А. Износостойкость теплостойкой стали после вакуумной цементации // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. № 7. С. 8–13.
6. Линднер С. Хромистые стали с марганцем: новые возможности создания облегченных конструкций для безопасных автомобилей // Черные металлы. 2016. № 5. С. 65–70.

7. Yamamoto Н. Some factors that infl uence the life of hot work tools // Casting Forging and Heat Treatment. 1980. № 394. P. 33–40.
8. Tamaki K. Effect of Carbides on reheat cracking sensitivity // Transactions of Japan Welding Society. 1984. Vol. 15. № 1. P. 8–16.
9. Переверзев В. М., Колмыков В. И. О природе повышенной склонности хромистых сталей к карбидообразованию при цементации // Известия АН СССР. Металлы. 1980. № 1. С. 27–31.
10. Хаткевич В. М., Никулин С. А., Рожнов А. Б., Рогачев С. О. Механические свойства и характер разрушение ферритных коррозионно-стойких сталей после высокотемпературного азотирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 4. С. 26–31.
11. Fiore N. F., Coyle J., Udvardy S. P., Kosei T. H., Konkel W. A. Abrasive wear-microstructure interactions in a Ni-Cr white iron // Wear. 1980. Vol. 62, Iss. 2. P. 387–404.
12. Shapochkin V. I., Semenova L. M., Bakhracheva Yu. S., Gyulikhandanov E. L., Semenov S. V. Effect of nitrogen content on the structure and properties of nitrocarburized steel // Metal Science and Heat Treatment. 2011. Vol. 52. No. 9-10. P. 413–419.
13. Пат. РФ 2600612 С1. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / Н. А. Костин, В. И. Колмыков, Н. Н. Костин, Е. В. Трусова, Н. В. Ермакова ; заявл. 05.05.2015 ; опубл. 27.10.2016, Бюл. № 30.
14. Пат. РФ 2704044. Способ цементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей в цементуемой пасте / Н. А. Костин, А. Е. Дедов, Н. Н. Костин ; заявл. 02.02.2019 ; опубл. 23.10.2019, Бюл. № 30.
15. Пат. РФ 2592339. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / В. И. Колмыков, Н. А. Костин, Н. Н. Костин, А. Е. Дедов, Е. В. Трусова ; заявл. 26.03.2015 ; опубл. 20.07.2016, Бюл. № 20.
16. Пат. РФ 2586178. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / Н. А. Кос тин, В. И. Колмыков, Н. Н. Костин, Д. В. Колмыков ; заявл. 16.03.2015 ; опубл. 10.06.2016, Бюл. № 16.
17. Пат. РФ 2501884. Способ нитроцементации деталей из конструкционных и инструментальных сталей / Н. Н. Костин, В. И. Колмыков, Е. В. Трусова, Д. В. Калмыков; заявл. 01.12.2011 ; опубл. 20.12.2013, Бюл. № 35.
18. Wendt P. Conservation of resources in heat treatment processes during heating, cooling and hardening // Ferrous metals. 2016. No 5. P. 54–57.
19. Yang G. H., Garrison W. M. A comparison of microstructural effects on two-body and three-body abrasive wear // Wear. 1989. № 1. P. 93–103.
20. Mosecker L., Pierce D. T., Schwedt A., Beighmohamadi M. et al. Temperature Effect on Deformation Mechanisms and Mechanical Properties of a High Manganese C+N // Alloyed Austenitic Stainless Steel. Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 642. P. 71–83.
21. ГОСТ 9013–59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу (с Изм. № 1, 2, 3, с Поправкой) — Введ. 01.01.1969.
22. Миркин Л. И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. — М. : Машиностроение, 1981. — 134 с.
23. Хорошайлов В. Г., Гюлиханданов Е. Л. Насыщение стали при цементации и нитроцементации // Металловедение и термическая обработка металлов. 1970. № 6. С. 78–86.
24. Иванов А. С., Гребеньков С. К., Богданова М. В. Оптимизация технологии цементации и термической обработки низкоуглеродистых мартенситных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 2. С. 59–62.
25. Köhnen P., Haase Ch., Bültmann J., Ziegler S., Schleifenbaum J. et al. Mechanical properties and deformation behavior of additively manufactured lattice structures of stainless steel // Mater. Des. 2018. Vol. 145. P. 205–217.
26. Моррэй Т., Жаке Ф., Мансори М., Фабр А., Арралье Л. Термодинамические и экспериментальные исследования низколегированных сталей после нитроцементации в атмосферах низкого давления // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 8. С. 34–39.
27. Переверзев В. М., Колмыков В. И., Росляков И. Н. Термодинамика гомогенного зарождения цементита в аустените в процессе цементации стали // Известия АН СССР. Металлы. 1981. № 6. С. 61–64.
28. Приймак Е. Ю., Степанчукова А. В., Яковлева И. Л., Терещенко Н. А., Чирков Е. Ю. Влияние карбонитрации на склонность к отпускной хрупкости среднеуглеродистых легированных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 4. С. 48–54.
29. Цуканов В. В., Зиза А. И. Совершенствование режимов термообработки стали марок 35ХН3МФА и 38ХН3МФА с целью повышения сопротивляемости хрупкому разрушению. Исследование превращения остаточного аустеника // Вопросы материаловедения. 2015. № 2. С. 9–16.
30. Переверзев В. М., Колмыков В. И., Воротников В. А. Влияние карбидов на стойкость цементованных сталей к изнашиванию в кварцевом абразиве // Металловедение и термическая обработка металлов. 1990. № 4. С. 45–47.