ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА АБРАЗИВНУЮ И УДАРНО-АБРАЗИВНУЮ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ВЫСОКОМАРГАНЦЕВОЙ СТАЛИ

В работе рассмотрены основные факторы, которые влияют на износостойкость высокомарганцевой стали, а также представлен обзор отечественных и зарубежных научных трудов, посвященных изучению этой проблемы. Сделаны выводы по материалам, представленным в изученных работах, а также сформулирована цель исследований, имеющих большую актуальность для промышленных предприятий, производящих и эксплуатирующих детали из стали Гадфильда. Рассмотрены материалы, использованные для обработки жидкой стали, технология получения экспериментальных изделий из высокомарганцевой стали, химический состав сплава, взятый за базу, методика и оборудование, применяющееся для определения скорости охлаждения сплавов в литейной форме, а также для изучения износостойкости в условиях абразивного и ударно-абразивного изнашивания, закалки и термического анализа. Представлены результаты исследований по легированию стали Гадфильда азотированными ферросплавами и комплексной лигатурой. Графически показаны зависимости коэффициентов абразивной и ударно-абразивной износостойкости при реализации различных схем легирования исследуемой стали выбранными материалами. Кроме этого, представлены результаты влияния использованных легирующих элементов на износостойкость высокомарганцевой стали при реализации различных условий изнашивания. Установлены концентрации легирующих элементов, при которых коэффициент абразивной и ударно-абразивной износостойкости имеет максимальное значение. Кроме того, приведены результаты термического анализа. Изучены процессы, протекающие при нагреве отливок из стали Гадфильда под закалку. Установлены температурные интервалы протекания таких процессов, как выделение избыточных фаз, растворение легированного цементита в аустените, полное растворение фосфидной эвтектики и карбидов легирующих элементов. Также определены температурные границы протекания процессов окисления стали и ее обезуглероживания. По результатам проведенных исследований даны некоторые рекомендации по увеличению износостойкости отливок из высокомарганцевой стали для различных условий эксплуатации и выбору температур для проведения термической обработки этих изделий.

высокомарганцевая сталь, азотированные ферросплавы, легирование, аустенит, износостойкость, избыточная фаза, закалка

1. Давыдов Н.Г., Благих Б.М., Бигеев А.М. К вопросу повышения качества отливок из высокомарганцевой стали 110Г13Л. – Томск: ТГУ, 1972. – 139 с.

2. Давыдов Н.Г. Высокомарганцевая сталь. – М.: Металлургия, 1979. – 176 с.

3. 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 – 36.

4. Сысоев А.М., Бахметьев В.В., Колокольцев В.М. Рафинирование и модифицирование стали 110Г13Л комплексом титан-бор-кальций // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2008. № 1. С. 43 – 45.

5. Цуркан Д.А., Леонтьев А.Н., Ишков А.В. Повышение конструкционной прочности стали 110Г13Л и литых деталей, используемых в специальных машинах, легированием Мо, Ni и модифицированием РЗМ // Ползуновский вестник. 2012. № 1/1. С. 334 – 336.

6. Nasajpour A., Kokabi A.H., Davami P., Nikzad S. Effect of molybdenum on mechanical and abrasive wear properties of coating of as weld Hadfield steel with flux-cored gas tungsten arc welding // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 659. Р. 262 – 269.

7. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Горленко Д.А. Выплавка высокомарганцовистой стали в дуговой сталеплавильной печи. Внепечная обработка. Сообщение 2 // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. № 1. С. 23 – 28.

8. Тэн Э.Б., Базлова Т.А., Лихолобов Е.Ю. Влияние внепечной обработки на структуру и механические свойства стали 110Г13Л // Металловедение и термическая обработка металлов. 2015. № 3. С. 26 – 28.

9. Тен Э.Б., Лихолобов Е.Ю. Повышение качества отливок из стали 110Г13Л, обработанной в ковше ферросиликоалюминием и титаном // Литейщик России. 2010. № 10. С. 18 – 21.

10. Mejía I., Bedolla-Jacuinde A., Pablo J.R. Sliding wear behavior of a high – Mn austenitic twinning induced plasticity (TWIP) steel microalloyed with Nb // Wear. 2013. Vol. 1 – 2. Р. 590 – 597.

11. Abbasi M., Kheirandish S., Kharrazi Y., Hejazi J. The fracture and plastic deformation of aluminum alloyed Hadfield steels // Materials Science and Engineering A. 2009. Vol. 513 – 514. Р. 72 – 76.

12. Park K.T., Jin K. G., Han S.H. etc. Stacking fault energy and plastic deformation of fully austenitic high manganese steels: Effect of Al addition // Materials Science and Engineering A. 2010. Vol. 16 – 17. Р. 3651 – 3661.

13. Peng X., Zhu D., Hu Z. etc. Stacking fault energy and tensile deformation behavior of high-carbon twinning-induced plasticity steels: Effect of Cu addition // Materials and Design. 2013. Vol. 45. Р. 518 – 523.

14. Сильман Г.И. Сплавы системы Fe-C-Mn. Часть 4. Особенности структурообразования в марганцевых и высокомарганцевых сталях // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 1. С. 3 – 7.

15. 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.

16. Чуманов И.В., Порсек М.А. О влиянии химического состава металла на режим термической обработки отливок из стали марки 110Г13Л // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Металлургия. 2012. № 39 (298). С. 59 – 63.

17. Головин Д.Д., Лосинская А.А. Рентгеноструктурный анализ стали Гадфильда после термической обработки и холодной деформации // Сб. тр. Всеросс. науч. студен. конф.: Наука. Технологии. Инновации. Новосибирск: НГТУ, 2012. С. 68 – 71.

18. Новомейский Ю.Д., Лившиц В.И. Свойства и применение высокомарганцовистой аустенитной стали. – Томск: Изд-во Томского университета, 1964. – 159 с.

19. Колокольцев В.М., Вдовин К.Н., Чернов В.П. и др. Исследование механических и эксплуатационных свойств высокомарганцевой стали, легированной азотированным феррохромом // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2016. № 3. С. 46 – 54.

20. 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: Тр. XIX Междунар. науч.-практич. конф., 15 – 16 декабря 2015 г. / Под ред. Е.В. Протопопова. – Новокузнецк: СибГИУ, 2015. С. 125 – 129.