Analysis of the mechanisms of hardening of high-carbon steels during surface treatment with a highly concentrated plasma jet

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The microstructure, phase composition and parameters of the crystalline structure of high-carbon steels (65G, U8 and U10) after plasma surface hardening were studied. It has been established that the strengthening of martensite is caused by its solid-solution strengthening, an increase in the dislocation density, the presence of a large number of subboundaries, and the release of nanodispersed carbides during self-tempering. This leads to a 3.5–4.5 times increase in hardness compared to the initial state and by 120–170 HV compared to volumetric hardening. As a result of the re-search, a methodological approach to controlling structure formation was developed for the process of plasma surface hardening (nanostructuring) of high-carbon steels.

About the authors

S. S. Samotugin

Priazovsky State Technical University

Author for correspondence.
Email: zaplazmu@yandex.ru
Russian Federation, Mariupol

References

  1. Григорьев, С.Н. Методы повышения стойкости режущего инструмента: учебник / С. Н. Григорьев. – М.: Машиностроение, 2009. 368 с. – (Grigor'yev, S.N. Metody povysheniya stoykosti rezhushchego instrumenta: uchebnik / S. N. Grigor'yev. – M.: Mashinostroyeniye, 2009. 368 s
  2. Самотугин С.С. Плазменное упрочнение инструментальных материалов / С.С. Самотугин, Л.К. Лещинский. – Донецк: Новый мир, 2002. 338 с. – (Samotugin S.S. Plazmennoye uprochneniye instrumental'nykh materialov / S.S. Samotugin, L.K. Leshchinskiy. – Donetsk: Novyy mir, 2002. 338 s.)
  3. Самотугин С.С. Свойства и работоспособность инструментальных твердых сплавов после плазменного поверхностного модифицирования / С.С. Самотугин, В.И. Лавриненко, Е.В. Кудинова, Ю.С. Самотугина // Упрочняющие технологии и покрытия. 2016. №5. С.25–32. – (Samotugin S.S. Svoystva i rabotosposobnost' instrumental'nykh tverdykh splavov posle plazmennogo poverkhnostnogo modifitsirovaniya / S.S. Samotugin, V.I. Lavrinenko, Ye.V. Kudinova, Yu.S. Samotugina // Uprochnyayushchiye tekhnologii i pokrytiya. 2016. №5. S.25–32.)
  4. Samotugina, Yu.S. Technological peculiarities of local strengthening of high-strength cast iron / Yu.S. Samotugina // Avtomaticheskaya Svarka. 2005. №5. P.47–50.
  5. Samotugina, Y.S. Structure and mechanical properties of white cast iron after plasma surface modification / Y.S. Samotugina, Y.А. Tkachova // Mater. Sci. 2022. № 58(1). P.105–111.
  6. Samotugina, Y.S. Influence of plasma modification technology on structure formation mechanisms and wear resistance of high carbon steels and cast irons / Y.S. Samotugina, B.A. Lyashenko, O.О. Bezumova // Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2021. № 43(8). P.1105–1119.
  7. Ткачев, В.Н. Износ и повышение долговечности деталей машин / В.Н. Ткачев. – М.: Машиностроение, 2001. 342 с. – (Tkachev, V.N. Iznos i povysheniye dolgovechnosti detaley mashin / V.N. Tkachev. – M.: Mashinostroyeniye, 2001. 342 s.)
  8. Приходько, В.М. Металлофизические основы разработки упрочняющих технологий / В.М. Приходько, Л.Г. Петрова, О.В. Чудина. – М.: Машиностроение, 2003. 384 с. – (Prikhod'ko, V.M. Metallofizicheskiye osnovy razrabotki uprochnyayushchikh tekhnologiy / V.M. Prikhod'ko, L.G. Petrova, O.V. Chudina. – Moscow.: Mashinostroyeniye, 2003. 384 s.)
  9. Бровер, А.А. Комплекс механизмов упрочнения металлических материалов при импульсной лазерной обработке / А.А. Бровер // Перспективные материалы. 2008. №1. С. 63–69. – (Brover, A.A. Kompleks mekhanizmov uprochneniya metallicheskikh materialov pri impul'snoy lazernoy obrabotke / A.A. Brover // Perspektivnyye materialy. 2008. №1. S. 63–69)
  10. Gavriljuk, V.G. High nitrogen steels: structure, properties, manufacture, applications / V.G. Gavriljuk, H. Berns. – Berlin: Springer, 1999. 378 p.
  11. Borgenstam, A. Metallographic evidence of carbon diffusion in the growth of bainite / A. Borgenstam, M. Hillert, J. Agren // Acta Materialia. 2009. V. 57. №11. P.3242 –3252.
  12. Самотугин, С.С. Оптимизация конструкции плазмотрона для поверхностного упрочнения материалов / С.С. Самотугин, И.И. Пирч, В.А. Мазур // Сварочное производство. 2002. №12. С. 32–35. – (Samotugin, S.S. Optimizatsiya konstruktsii plazmotrona dlya poverkhnostnogo uprochneniya materialov / S.S. Samotugin, I.I. Pirch, V.A. Mazur // Svarochnoye proizvodstvo. 2002. №12. S. 32–35.)
  13. Бернштейн, М.Л. Металловедение и термическая обработка стали: справочник: в 3 т. Т.1. Методы испытаний и исследований // М.Л. Бернштейн, А.Г. Рахштадт. – М.: Металлургия, 1983. 352 с. – (Bernshteyn, M.L. Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka stali: spravochnik: 3 t. T.1. Metody ispytaniy i issledovaniy // M.L. Bernshteyn, A.G. Rakhshtadt. – M.: Metallurgiya, 1983. 352 s.)
  14. Мороз, Л.С. Механика и физика деформации и разрушения материалов / Л.С. Мороз. – Л.: Машиностроение, 1984. 224 с. – (Moroz, L.S. Mekhanika i fizika deformatsii i razrusheniya materialov / L.S. Moroz. – L.: Mashinostroyeniye, 1984. 224 s.)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences