Low-temperature plasma carburization and low-temperature plasma nitriding are the effective methods for hardening of thermally nonhardenable austenitic chromium-nickel steels. However, the ion-plasma methods of surface modification can lead to the roughness parameter increase. Previously, the authors identified that the level of surface roughness strongly depends on the temperature of plasma treatment. The hot topic of the research is the reduction of temperature of chemical and thermal treatment to ensure the effective hardening and low surface roughness of austenitic chromium-nickel steel. In this paper, using the X-ray phase analysis, microhardness measurements at various loads and optical profilometry, the authors studied the influence of carburization and nitriding in the electron beam plasma at the temperature of T =350 °C on the phase composition, microhardness and surface roughness of 04Cr17Ni8Ti austenitic steel. It is established that carburization and nitriding in the plasma generated by low-energy electron beam provides an increase in microhardness of the surface of austenitic steel in 5-6 times (from 220 to 1100 HV and 1390 HV 0.025, respectively). The effective hardening of the surface layer of austenitic steel is associated with the formation as a result of low-temperature plasma modification of carbon-supersaturated austenite γC and chromium carbides Cr23C6 during carburization, as well as S-phase (nitrogen-supersaturated austenite γN), ε-phase (Fe2-3N) and γ¢-phase (Fe4N) during nitriding. The study identified that stainless austenitic steel after carburization is characterized by the greater depth of a hardened layer than in the case of plasma nitriding. Low-temperature (at the temperature of T =350 °C) treatment in the plasma electron beam by carburization and nitriding provides the formation of a high-quality 04Cr17Ni8Ti steel surface with low values of roughness parameter Ra (185-265 nm) and, therefore, can be considered as a finishing operation during the surface hardening of austenitic steel.
Низкотемпературная плазменная цементация и низкотемпературное плазменное азотирование являются эффективными методами упрочнения термически неупрочняемых аустенитных хромоникелевых сталей. Однако ионно-плазменные методы модифицирования поверхности могут приводить к росту параметра шероховатости. Ранее авторами было установлено, что уровень обеспечиваемой шероховатости поверхности в сильной степени зависит от температуры плазменной обработки. Актуальным направлением исследований является снижение температуры химико-термической обработки с целью обеспечения эффективного упрочнения и низкого уровня шероховатости поверхности аустенитной хромоникелевой стали. В настоящей работе с применением рентгеноструктурного фазового анализа, измерений микротвердости при различных нагрузках и оптической профилометрии изучено влияние цементации и азотирования в плазме электронного пучка при температуре T =350 °С на формируемый фазовый состав, микротвердость и шероховатость поверхности аустенитной стали 04Х17Н8Т. Установлено, что цементация и азотирование в плазме, генерируемой низкоэнергетичным электронным пучком, обеспечивает повышение микротвердости поверхности аустенитной стали в 5-6 раз (от 220 до 1100 HV 0,025 и 1390 HV 0,025 соответственно). Эффективное упрочнение поверхностного слоя аустенитной стали связано с формированием в результате низкотемпературного плазменного модифицирования пересыщенного углеродом аустенита γC и карбидов хрома Cr23C6 при цементации, а также S-фазы (пересыщенного азотом аустенита γN), ε-фазы (Fe2-3N) и γ¢-фазы (Fe4N) при азотировании. Показано, что нержавеющая аустенитная сталь после цементации характеризуется большей глубиной упрочненного слоя, чем в случае плазменного азотирования. Низкотемпературные (при температуре T =350 °С) обработки в плазме электронного пучка цементацией и азотированием обеспечивают формирование качественной поверхности стали 04Х17Н8Т с низкими значениями параметра шероховатости Ra (185-265 нм) и вследствие этого могут рассматриваться в качестве финишной операции при проведении поверхностного упрочнения аустенитной стали.