Ion-plasma saturation with interstitial atoms (nitrogen or carbon) is a promising method for enhancing the surface strength and wear resistance of austenitic stainless steel parts and products. The paper considers the influence of method and temperature of ion-plasma treatment (IPT) on phase composition, thickness, and strength properties (microhardness) of the surface layers in 01H17N13M3 austenitic stainless steel specimens. Steel specimens with a coarse-grained structure were nitrided in the arc and glow discharge plasma at different temperatures (400 °C, 550 °C, and 700 °C). Regardless of temperature and IPT-method, ion-plasma nitriding leads to the formation of hardened surface layers in steel specimens. In this case, the thickness and phase composition of IPT-hardened layers depend on both the method and temperature of nitriding. Nitrogen saturation of specimen surfaces in the glow discharge at a temperature of 400 °C promotes the formation of a thin S-phase layer (nitrogen-expanded austenite, 4 μm in thickness). At the same IPT temperature in the arc discharge plasma, the authors observed the formation of a heterophase (Fe-γN, Fe4N, CrN, and Fe-α) surface layer with a significantly greater thickness (40–45 μm). Regardless of the IPT-method, a saturation of specimens at temperatures of 550 °C and 700 °C is accompanied by the formation of thick heterophase hardened layers (40–60 μm). In this case, the IPT method has a negligible effect on the phase composition of layers but significantly affects the ratio of the volume content of the hardened phases. After being IPT-processed in different modes, the microhardness distribution profile for all specimens has three typical zones: a composite layer (or S-phase at the IPT in a glow discharge at Ta=400 °C), a diffusion zone, and a matrix. With an increase in the saturation temperature, the thickness of the transition diffusion zone increases regardless of the IPT method.
Перспективным методом повышения поверхностной прочности и износостойкости деталей и конструкций, выполненных из аустенитных нержавеющих сталей, является ионно-плазменное насыщение атомами внедрения (азотом или углеродом). В работе рассмотрено влияние метода и температуры ионно-плазменной обработки на фазовый состав, толщину и прочностные свойства (микротвердость) поверхностных слоев в образцах аустенитной нержавеющей стали 01Х17Н13М3. Стальные образцы с крупнозернистой структурой азотировали в плазме дугового и тлеющего разрядов при различных температурах (400, 550 и 700 °С). Независимо от температуры и метода обработки ионно-плазменное азотирование приводит к формированию упрочненных поверхностных слоев в стальных образцах. При этом толщина и фазовый состав упрочненного слоя зависят как от метода, так и от температуры обработки. Насыщение поверхности образцов азотом в тлеющем разряде при температуре 400 °С способствует формированию тонкого слоя S-фазы (пересыщенного азотом аустенита, толщина слоя 4 мкм). При той же температуре обработки в плазме дугового разряда происходит формирование гетерофазного (Fe-γN, Fe4N, CrN и Fe-α) поверхностного слоя существенно большей толщины (40–45 мкм). Независимо от метода обработки насыщение поверхности стальных образцов при температурах 550 и 700 °С сопровождается формированием толстых гетерофазных упрочненных слоев (40–60 мкм). При этом режим обработки слабо влияет на фазовый состав таких слоев, но существенным образом воздействует на соотношение объемного содержания фаз. В образцах, подвергнутых ионно-плазменной обработке по разным режимам, профиль распределения микротвердости всегда имеет три характерные зоны: композиционный слой (или S-фаза при ионно-плазменной обработке в тлеющем разряде при Та=400 °С), диффузионная зона и матрица. С повышением температуры насыщения толщина переходной диффузионной зоны возрастает независимо от метода ионно-плазменной обработки.