Работа посвящена решению актуальной задачи - совершенствованию технологии термической обработки с целью повышения износостойкости цементуемых сталей.

Образцы стали 25ХГТ размером 10х10х55 мм подвергали газовой цементации (смеси метана (5…10 %) и эндогаза (90…95 %)) в технологическом комплексе ”Uttis” при  температуре 940 °С в течение 12 часов. Закалка проводилась с нагревом ТВЧ (от тиристорного генератора) до температур от 800 до 1100 °С с охлаждением в растворе полимера Aquacool, после чего проводился отпуск 200 °С.

Микроструктура науглероженного слоя (глубина до 1,9 мм) после закалки с нагревом ТВЧ представляет бесструктурный мартенсит, цементит и остаточный аустенит (А_ост). С увеличением температуры нагрева от 800 до  1100 °С количество мартенсита и цементита уменьшается, а А_ост – увеличивается, о чем свидетельствует снижение твердости с HRC58 до HRC50 (с 735 HV 450 HV).

После закалки с 800 °С  микротвёрдость по глубине слоя уменьшается с 760 до 650 HV. После закалки с температур 900…1100 °С характер изменения микротвёрдости по глубине цементованного слоя изменяется на противоположный рассмотренному: микротвёрдость увеличивается. Чем выше температура нагрева, тем шире диапазон повышение микротвёрдости. Так, если после закалки с 900 °С  микротвёрдость возрастала с 660 HV до 760 HV (на 100 HV), то после закалки с 1100 °С она увеличилась с 450 HV до 770 HV, то есть на 320 HV. Это обусловлено растворением цементита в аустените, повышением концентрации углерода, что обуславливает понижение температуры точек М_н и М_к.

Относительная износостойкость при сухом трении скольжения образцов от температуры нагрева ТВЧ изменяется экстремально с максимум (ε=1,44) при температуре 1000 °С. При этом характер изменения износостойкости в целом противоположен характеру изменения твёрдости: более высокой твёрдости соответствуют наименьшие показатели износостойкости, и наоборот. Например, после закалки с нагревом ТВЧ до 800 °С при максимальной твёрдости 730 HV относительная износостойкость составляет 1,31, а после закалки 1000 °С при значительно меньшей твёрдости 510 HV она составила ε = 1,44. Это несоответствие можно объяснить сохранением наряду с мартенситом и цементитом повышенного количества А_ост после закалки с более высоких  температур 1000 и 1100 °С. Это происходит вследствие увеличения степени растворения частиц цементита в аустените при нагреве под закалку. Положительная роль более мягкой фазы - остаточного аустенита заключается в его деформационной  метастабильности. Под действием деформирующее-изнашивающего влияния контр-тела в тонком поверхностном слое в зоне контакта развивается деформационное мартенситное превращение γ_ост→αʹ непосредственно при изнашивании (ДМПИ).

Оно сопровождается образованием мартенсита деформации, который отличается от мартенсита закалки повышенными твёрдостью, плотностью дисклокаций, величиной микроискажений. Это вызывает эффект деформационного самоупрочнения и одновременно релаксации микронапряжений. Более того, на реализацию этого γ_ост→αʹ ДМПИ и связанных с ним структурных изменений расходуется значительная часть механической энергии, подводимой к образцу от контр-тела. При этом согласно энергетическому балансу меньшая её доля остаётся на разрушении поверхности и отделение частиц металла. В результате износостойкость стали 25ХГТ с метастабильной структурой в поверхностном насыщенном слое существенно возрастает.