blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-9-603-609blackmet-913Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИMETALLURGICAL TECHNOLOGIESВЛИЯНИЕ ЭНЕРГИИ ДЕФЕКТА УПАКОВКИ НА АБРАЗИВНУЮ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ОТЛИВОК ИЗ СТАЛИ Fe – 12Mn – 1,2C, ОХЛАЖДЕННЫХ С РАЗЛИЧНЫМИ СКОРОСТЯМИINFLUENCE OF STACKING-FAULT ENERGY ON ABRASIVE WEAR RESISTANCE OF CASTINGS FROM Fe – 12Mn – 1,2C STEEL COOLED WITH DIFFERENT RATESВдовинК. Н.VdovinK. N.

Доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой «Литейное производство и материаловедение»

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of the Chair “Materials Science and Foundry”

vdovin@magtu.ruГорленкоД. А.GorlenkoD. A.

Кандидат технических наук, ассистент кафедры «Литейное производство и материаловедение»

Cand. Sci. (Eng.), Assistant of the Chair “Materials Science and Foun dary”

gorldima@yandex.ruФеоктистовН. А.FeoktistovN. A.

Кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Литейное производство и материаловедение»

Cand. Sci. (Eng.), Senior Lecturer of the Chair “Materials Science and Foundary”

fna87@mail.ruМагнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, МагнитогорскРоссияMagnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov, MagnitogorskRussian Federation201615102016599603609Copyright © Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А., 20162016Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А.Vdovin K.N., Gorlenko D.A., Feoktistov N.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/913

Рассмотрено влияние скорости охлаждения отливки на ее коэффициент абразивной износостойкости и показано, что износостойкость зависит от величины формирующегося на поверхности износа слоя, упрочненного деформационным двойникованием. Выявлено, что максимальная величина упрочненного слоя отливки образуется как при низких, так и высоких скоростях охлаждения, что связано понижением значения энергии дефекта упаковки (ЭДУ), которая, в свою очередь, меняется в зависимости от концентрации марганца, хрома и кремния. При средней скорости охлаждения степень легированности аустенита становится такой, что происходит увеличение значения ЭДУ. При этом возникает затруднение процесса деформационного двойникования (TWIP) и формирование упрочненного слоя с минимальной толщиной или его полным отсутствием. 

The research group has investigated the infl uence of the cooling rate of a casting on the coefficient of abrasive wear resistance and has proved that wear resistance is determined by the thickness of the layer hardened by twinning-induced plasticity, which is formed on the wearing surface. It was found that the maximum thickness of the hardened layer is formed both at high and at low cooling rates, which is connected with the decrease in the value of the stacking-fault energy (SFE). This value, in its turn, varies depending on the content of manganese, chromium and silicon. At medium cooling rate the achieved doping level of austenite results in the increase of the SFE value. It also hampers the process of twinning-induced plasticity (TWIP) and results in forming of a hardened layer of minimum thickness or this layer is not formed at all. 

литая высокомарганцевая стальэнергия дефекта упаковкиабразивная износостойкостьдеформационное двойникованиеcast high-manganese steelstacking-fault energyabrasive wear resistancetwinning-induced plasticityРоссийский научный фонд (проект №№15-19-10020)Russian Scientific Foundation (project no. 15-19-10020)ReferencesКоршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. 1992. № 8. С. 3 – 21.Korshunov L.G. Structure transformations during friction and wear resistance of austenitic steels. Fizika metallov i metallovedenie. 1992, no. 8, pp. 3–21. (In Russ.).Теплов В.А., Коршунов Л.Г., Шабашов В.А. и др. Структурные превращения высокомарганцовистых аустенитных сталей при деформировании сдвигом под давлением // Физика металлов и металловедение. 1988.Т. 66. № 3. С. 563 – 571.Teplov V.A., Korshunov L.G., Shabashov V.A., Kuznetsov R.I., Pilyugin V.P., Tupitsa D.I. Structural transformations of high-manganese austenitic steels during deformation by shear under pressure. Physics of Metals and Metallography. 1988, vol. 66, no. 3, pp. 135–143.Астафурова Е.Г., Тукеева М.С., Майер Г.Г. и др. Влияние энергии дефекта упаковки на закономерности развития механического двойникования в высокомарганцевых аустенитных сталях Fe-Mn-Al-C при кручении под давлением // Письма о материалах. 2013. Т. 3. С. 198 – 201.Astafurova E.G., Tukeeva M.S., Maier G.G., Mel’nikov E.V., Koshovkina V.S., Kozlova T.A. The effect of stacking-fault energy on the peculiarities of mechanical twinning development in high-manganese austenitic Fe-Mn-Al-C steels under high-pressure torsion. Pis’ma o materialakh. 2013, vol. 3, pp. 198–201. (In Russ.).Штремель М.А., Коваленко И.А. О механизме упрочнения стали Гадфильда // Физика металлов и металловедение. 1987. Т. 63. № 1. С. 172 – 180.Shtremel’ M.A., Kovalenko I.A. On the mechanism of hardening of Hadfield steel. Fizika metallov i metallovedenie. 1987, vol. 63, no. 1, pp. 172–180. (In Russ.).Cherdyntsev V. V., Pustov L. Yu., Kaloshkin S. D. etc. Phase transfor mations during deformation of Fe-Ni and Fe-Mn alloys produced by mechanical alloying // The Physics of Metals and Metallography. 2007. Vol. 104. Issue 4. Р. 408 – 414.Cherdyntsev V.V., Pustov L.Yu., Kaloshkin S.D., Tomilin I.A., Shelekhov E.V., Laptev A.I., Baldokhin Yu.V., Estrin E.I. Phase transformations during deformation of Fe-Ni and Fe-Mn alloys produced by mechanical alloying. The Physics of Metals and Metallography. 2007, vol. 104, Issue 4, pp. 408 – 414. DOI: 10.1134/ S0031918X07100109.Терещенко Н.А., Уваров А.И., Вильданова Н.Ф. Роль деформационных двойников в формировании механических свойств аустенитных сталей на Cr-Mn основе // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 95. № 4. С. 78 – 86.Tereshchenko N.A., Uvarov A.I., Vil’danova N.F. The role of deformation twins in the formation of the mechanical properties of CrMn-based austenitic steels. Physics of Metals and Metallography. 2003, vol. 95, no. 4, pp. 371–378.Пустов Л.Ю., Эстрин Э.И., Калошкин С.Д. и др. Особенности фазовых превращений в богатых железом Fe-Mn сплавах, полученных методом механосплавления // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 95. № 6. С. 71 – 79.Pustov L.Yu., Estrin E.I., Kaloshkin S.D., Cherdyntsev V.V., Shelekhov E.V., Tomilin I.A. Phase transformations in iron-rich Fe-Mn alloys obtained by mechanical alloyin. Physics of Metals and Metallography. 2003, vol. 95, no. 6, pp. 575–583.Grässel O., Frommeyer G., Derder C., Hofmann H. Phase Transformations and Mechanical Properties of Fe-Mn-Si-Al TRIP-Steels // Journal de Physique IV.1997. Vol. 07 (C5). Р. C5-383 – C5-388.Grässel O., Frommeyer G., Derder C., Hofmann H. Phase Transformations and Mechanical Properties of Fe-Mn-Si-Al TRIP-Steels. Journal de Physique IV. 1997, vol. 07 (C5), pp. C5-383–C5-388. DOI: 10.1051/jp4:1997560.Kriangyut Phiu-on. Deformation mechanisms and mechanical properties of hot rolled Fe-Mn-C-(Al)-(Si) austenitic steels: Dissertation vorgelegt von Master of Engineering. – Thailand, 2008. – 154 p.Kriangyut Phiu-on. Deformation mechanisms and mechanical properties of hot rolled Fe-Mn-C-(Al)-(Si) austenitic steels: Dissertation vorgelegt von Master of Engineering. Samutprakan, Thailand, 2008, 154 p.Medvedeva N.I., Park M.S., Van Aken D.C., Medvedeva J.E. Firstprinciples study of Mn, Al and C distribution and their effect on stacking fault energies in fcc Fe // Journal of Alloys and Compounds. 2014. Vol. 582. Р. 475 – 482.Medvedeva N.I., Park M.S., Van Aken D.C., Medvedeva J.E. Firstprinciples study of Mn, Al and C distribution and their effect on stacking fault energies in fcc Fe. Journal of Alloys and Compounds. 2014, vol. 582, pp. 475–482. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.08.089.Atef Saad Hamada. Manufacturing, mechanical properties and corro sion behavior of high-Mn TWIP steels. – Oulu: Oulu University press, 2007. – 54 p.Atef Saad Hamada. Manufacturing, mechanical properties and corrosion behavior of high-Mn TWIP steels. Oulu: Oulu University press, 2007, 54 p.Vdovin K.N., Feoktistov N.A., Sinitskii E.V. etc. Production of High Manganese Steel in Arc Furnaces. Part 1. // Steel in translation. 2015. Vol. 45. No. 10. Р. 729 – 732.Vdovin K.N., Feoktistov N.A., Sinitskii E.V., Gorlenko D.A., Durov N.M. Production of high-manganese steel in arc furnaces. Part 1. Steel in Translation. 2015, vol. 45, no. 10, pp. 729-732. DOI: 10.3103/S0967091215100186.Pierce D.T., Jiménez J.A., Bentley J. etc. The infl uence of manganese content on the stacking fault and austenite/ε-martensite interfacial energies in Fe–Mn–(Al–Si) steels investigated by experiment and theory // Acta Materialia. 2014. Vol. 68. Р. 238 – 253.Pierce D.T., Jiménez J.A., Bentley J., Raabe D., Oskay C., Wittig J.E. The infl uence of manganese content on the stacking fault and austenite/ε-martensite interfacial energies in Fe–Mn–(Al–Si) steels investigated by experiment and theory. Acta Materialia. 2014, vol. 68, pp. 238–253. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.01.001.Mazancová Eva, Schindler Ivo, Mazanec Karel. Stacking fault energy analysis from point of view of plasticdeformation response of the twip and triplex alloys. In.: Zborník z 18. Medzinárodná konferencia metalurgie a materiálov. – Ostrava: TANGER, 2009. Р. 32 – 39.Mazancová Eva, Schindler Ivo, Mazanec Karel. Stacking fault energy analysis from point of view of plasticdeformation response of the twip and triplex alloys. In.: Zborník z 18. medzinárodná konferencia metalurgie a materiálov. Ostrava: TANGER, 2009, pp. 32–39.Saeed-Akbari A., Mosecker L., Schwedt A., Bleck W. Characte ri zation and Prediction of Flow Behavior in High-Manganese Twinning Induced Plasticity Steels: Part I. Mechanism Maps and Work-Hardening Behavior // Metallurgical and Materials Transactions A. 2012. Vol. 43. Issue 5. Р. 1688 – 1704.Saeed-Akbari A., Mosecker L., Schwedt A., Bleck W. Characterization and Prediction of Flow Behavior in High-Manganese Twinning Induced Plasticity Steels: Part I. Mechanism Maps and Work-Hardening Behavior. Metallurgical and Materials Transactions A. 2012, vol. 43, Issue 5, pp. 1688–1704. DOI: 10.1007/s11661-011-0993-4.Saeed-Akbari A., Imlau J., Prahl U., Bleck W. Derivation and Varia tion in Composition-Dependent Stacking Fault Energy Maps Based on Subregular Solution Model in High-Manganese Steels // Metallurgical and Materials Transactions A. 2009. Vol. 40. Issue 13. Р. 3076 – 3090.Saeed-Akbari A., Imlau J., Prahl U., Bleck W. Derivation and Variation in Composition-Dependent Stacking Fault Energy Maps Based on Subregular Solution Model in High-Manganese Steels. Metallurgical and Materials Transactions A. 2009, vol. 40, Issue 13, pp. 3076-3090. DOI: 10.1007/s11661-009-0050-8.Волосевич П. Ю., Гриднев В. Н., Петров Ю. Н. Влияние марганца на энергию дефекта упаковки в сплавах железо-марганец // Физика металлов и металловедение. 1976. Т. 42. № 2. С. 372 – 376.Volosevich P. Yu., Gridnev V. N., Petrov Yu. N. Effect of manganese on the stacking-fault energy in the iron-manganese alloys. Fizika metallov i metallovedenie. 1976, vol. 42, no. 2, pp. 372–376. (In Russ.).Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Никитенко О.А., Феоктистов Н.А. Исследование влияния скорости охлаждения при кристаллизации на размер аустенитного зерна литой стали 110Г13Л // Международный научно-исследовательский журнал. 2015. № 10-2 (41). С. 28 – 31.Vdovin K.N., Gorlenko D.A., Nikitenko O.A., Feoktistov N.A. Investigation of the effect of cooling rate during crystallization on austenite grain size of the cast steel 110G13L. Mezhdunarodnyi nauchnoissledovatel’skii zhurnal. 2015, no. 10-2 (41), pp. 28–31. (In Russ.).Вдовин К.Н., Горленко Д.А., Феоктистов Н.А. Исследование влияния скорости охлаждения в интервале выделения избыточных фаз на литую микроструктуру стали Гадфильда. – В сб.: Металлургия: технологии, инновации, качество. «Металлургия – 2015». Тр. XIX Междунар. науч.-практич. конф. 15 – 16 декабря 2015 г., Новокузнецк. – Новокузнецк: Изд-во СибГИУ, 2015. С. 125 – 129.Vdovin K.N., Gorlenko D.A., Feoktistov N.A. Study of the effect of cooling rate in interval of excessive phases generating on cast Hadfield steel microstructure. In: Metallurgiya: tekhnologii, innovatsii, kachestvo. “Metallurgiya – 2015”. Trudy XIX Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii 15 – 16 dekabrya 2015 g., Novokuznetsk [Metallurgy: technologies, innovation, quality. “Metallurgy – 2015”. Proceedings of the XIX Int. scientific-practical conference on December 15 – 16, 2015, Novokuznetsk]. Novokuznetsk: izd. SibGIU, 2015, pp. 125–129. (In Russ.).Колокольцев В.М., Долгополова Л.Б., Мулявко Н.М. Влияние химического состава на структуру и свойства хромомарганцевых аустенитных сталей // Литейные процессы. 2003. № 3. С. 31 – 36Kolokol’tsev V.M., Dolgopolova L.B., Mulyavko N.M. Effect of chemical composition on the structure and properties of chromium-manganese austenitic steels. Liteinye protsessy. 2003, no. 3, pp. 31–36. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.