Аннотация
Актуальность работы: в процессе эксплуатации деталей в механизмах и агрегатах происходит их изнашивание, что определяет срок службы всего узла. Интенсивность изнашивания будет зависеть от нескольких факторов, таких как химический состав сплава, параметры микроструктуры, механические свойства, а также условий, в которых осуществляется износ, – скольжение, удар, нагрев и т.д. Действие этих факторов будет определять механизм изнашивания деталей из различных износостойких сплавов, в том числе и высокомарганцевой стали. Детальное исследование механизмов износа позволит, во-первых, уточнить роль микроструктуры сплава в процессе изнашивания, во-вторых, сформировать уточнённое представление о механизмах изнашивания высокомарганцевой стали в различных условиях и определить роль некоторых легирующих элементов в этих механизмах. Цель работы – изучение металлографическим путём механизмов абразивного и ударно-абразивного изнашивания высокомарганцевой стали, а также оценка превращений структуры сплава, протекающих в очаге износа. Используемые методы: для решения поставленных задач в условиях лаборатории проводили эксперименты по изнашиванию опытных образцов из высокомарганцевой стали в различных условиях. Поверхности, полученные после износа в различных условиях, исследовали на металлографическом оборудовании. Полученные результаты: установлены закономерности изменения структуры высокомарганцевой стали в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания; определены количественные параметры структурных составляющих сплава, формирующихся в условиях различных видов изнашивания; рассмотрена роль вторичной фазы в механизме изнашивания высокомарганцевой стали при реализации различных видов износа. Полученные данные расширяют современное представление о процессах, протекающих при эксплуатации деталей из высокомарганцевой стали в условиях абразивного и ударно-абразивного износа, а также могут быть полезны при выборе химического состава стали с целью увеличения её износостойкости.
Ключевые слова
Высокомарганцевая сталь, аустенит, вторичная фаза, упрочнённый слой, мартенсит, деформационные двойники.
1. Давыдов Н.Г., Благих Б.М., Бигеев А.М. К вопросу повышения качества отливок из высокомарганцевой стали 110Г13Л. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1972. 139 с.
2. Давыдов Н.Г. Высокомарганцевая сталь. М.: Металлургия, 1979. 176 с.
3. Абразивная износостойкость литых металлов и сплавов / В.М. Колокольцев, Н.М. Мулявко, К.Н. Вдовин и др.; под ред. проф. В.М. Колокольцева. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2004. 228 с.
4. Gumus B., Bal B., Gerstein G., Canadinc D., Maier H.J., Guner F., Elmadagli M. Twinning activities in high-Mn austenitic steels under high-velocity compressive loading // Materials Science and Engineering A. 648 (2015). 104–112.
5. Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Zakharova G.G., Melnikov E.V., Maier H.J. The role of twinning on microstructure and mechanical response of severely deformed single crystals of high-manganese austenitic steel // Materials characterization. 6 (2011). 588–592.
6. Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Maier G.G., Melnikov E.V., Maier H.J. Microstructure and mechanical response of single-crystalline high-manganese austenitic steels under high-pressure torsion: The effect of stacking-fault energy // Materials Science and Engineering A. 604 (2014). 166–175.
7. Влияние статического и циклического нагружений на мартенситные превращения аустенитной стали 110Г13Л / Клевцов Г.В., Клевцова Н.А., Кукушкин С.С., Кожанова Н.В. // Фундаментальные исследования. 2004. № 5. С. 96.
8. Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л. Влияние ε-мартенсита на абразивную износостойкость железомарганцевых сплавов // Физика металлов и металловедение. 2002. № 6. Т. 94. С. 53–61.
9. Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. 1992. № 8. С. 3–21.
10. Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л. Структурные превращения при трении и износостойкость сплавов системы Fe – Mn, содержащих ε-мартенсит // Физика металлов и металловедение. 1987. № 8. Т.63. С. 319–328.
11. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. М.: Машиностроение, 1990. 224 с.
12. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М. Износостойкость сталей и сплавов. М.: Нефть и газ, 1994. 417 с.
13. Виноградов В.Н., Сорокин Г.М., Албагачиев А.Ю. Изнашивание при ударе. М.: Машиностроение, 1982. 192 с.
14. Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А. Исследование энергии дефекта упаковки на абразивную износостойкость отливок из стали Fe-12Mn-1,2C, охлаждённую с различными скоростями // Изв. вузов. Черная металлургия. 2016. № 9. Т. 59. С. 603–609.
15. Wen Y.H., Peng H.B., Si H.T., Xiong R.L., Raabe D. A novel high manganese austenitic steel with higher work hardening capacity and much lower impact deformation than Hadfield manganese steel // Materials and design. 2014. V. 55. Р. 798–804.
16. Zambrano O.A., Yesid Aguilar, Jairo Valdés, Rodríguez S.A., Coronado J.J. Effect of normal load on abrasive wear resistance and wear micromechanisms in FeMnAlC alloy and other austenitic steels // Wear. 2016. V. 348–349. P. 61–68.
17. Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А. Исследование влияния скорости охлаждения в интервале выделения избыточных фаз на литую микроструктуру стали Гадфильда // Металлургия: технологии, инновации, качество / под общ. ред. Е.В. Протопопова. М., 2015. С. 125–129.
18. Вдовин, К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А. Исследование закономерностей формирования, морфологии и химического состава избыточной фазы в литой высокомарганцовистой стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 2016. № 7. Т. 59. С. 491–497.
19. Исследование механических и эксплуатационных свойств высокомарганцевой стали, легированной азотированным феррохомом / Колокольцев В.М., Вдовин К.Н., Чернов В.П., Феоктистов Н.А., Горленко Д.А. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. № 3. С. 46–54.