ФОРМИРОВАНИЕ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО МАРТЕНСИТА НА РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ ПРИ АБРАЗИВНОМ ИЗНАШИВАНИИ

Наиболее распространенным видом механического изнашивания, которому подвержены машины и агрегаты горнодобывающей, строительно-дорожной промышленности и транспорта, является абразивное изнашивание. Разработка новых износостойких материалов и режимов термической обработки для борьбы с этим видом изнашивания остается одной из важнейших проблем материаловедения. Износостойкие материалы в различных условиях механического изнашивания должны обладать структурой с метастабильным аустенитом, превращающимся в дисперсный мартенсит в процессе эксплуатации.

В работе изучается влияние структурных изменений на рабочей поверхности на износостойкость стали Х12МЛ в процессе изготовления, термической обработки и абразивного изнашивания деталей.

Установлено, что при закалке от температур 850–1000 °C в структуре высокохромистой стали Х12МЛ образуется мартенсит, что обеспечивает высокую твердость, однако при этом в условиях абразивного изнашивания не достигается максимальная износостойкость. Повышение температуры нагрева под закалку до 1170 °C приводит к снижению исходной твердости, что связано с растворением карбидов и увеличением количества остаточного аустенита, однако это сопровождается значительным ростом износостойкости при абразивном изнашивании. Остаточный аустенит, полученный в результате высокотемпературной закалки (от 1170 °C), является метастабильным и в процессе изнашивания превращается в мартенсит деформации, это придает стали максимальную износостойкость благодаря высокой способности к фрикционному упрочнению рабочей поверхности. Мартенсит, образующийся на рабочей поверхности стали типа Х12МЛ в процессе абразивного изнашивания, имеет нанокристаллическое строение и периодическое распределение.

1. Коршунов Л.Г. Износостойкость и структурные превращения нестабильных аустенитных сталей при трении // Контактная прочность метастабильных металлических сплавов: межвузовский сборник трудов. Свердловск: УПИ, 1972. № 210. С. 72–86.

2. Жилин А.С., Филиппов М.А. Виды и механизмы изнашивания материалов. Екатеринбург: Уральский ун-т, 2015. 59 с.

3. Иванова В.С. Синергетический анализ синтеза структур наносистем // Сложные системы. 2013. № 4. С. 4–32.

4. Макаров А.В. Повышение износостойкости сплавов железа за счет создания метастабильных и нанокристаллических структур : дис. … д-ра техн. наук. Челябинск, 2009. 424 с.

5. Счастливцев В.М., Калетина Ю.В., Фокина Е.А. Остаточный аустенит в легированных сталях. Екатеринбург: УрО РАН, 2014. 236 с.

6. Глебов В.В., Блинов В.М., Репин Ф.Ф. Механизмы структурного упрочнения азотсодержащей аустенитной стали типа 05Х22АГ14Н7М // Вестник Волжской государственной академии водного транспорта. 2017. № 52. С. 79–87.

7. Скорынина П.А., Макаров А.В., Юровских А.С., Осинцева А.Л. Влияние температуры наноструктурирующей фрикционной обработки на структурно-фазовое состояние, упрочнение и качество поверхности аустенитной хромоникелевой стали // Вектор науки Тольяттинского государственного университета. 2017. № 3. С. 103–109.

8. Макаров А.В., Егорова Л.Ю., Табатчикова Т.И., Счастливцев В.М., Яковлева И.Л., Осинцева А.Л. Влияние легирования хромом на структуру и абразивную износостойкость высокоуглеродистых сталей, подвергнутых изотермическому распаду аустенита // Деформация и разрушение материалов. 2013. № 11. С. 31–38.

9. Макаров А.В., Горкунов Э.С., Коган Л.Х., Малыгина И.Ю., Осинцева А.Л. Вихретоковый контроль структурного состояния, твердости и абразивной износостойкости высокопрочного чугуна, подвергнутого лазерной закалке и последующему отпуску // Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2015. № 6. С. 90–103.

10. Филиппов М.А., Лхагвадорж П., Плотников Г.Н. Структурные факторы повышения износостойкости белого хромистого чугуна // Материаловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 11. С. 10–13.

11. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. 5-е изд. М.: Металлургия, 1983. 527 с. 12. Филиппов М.А., Филиппенков А.А., Плотников Г.Н. Износостойкие стали для отливок. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2009. 358 с.

12. Попов С.М., Антонюк Д.А. Аналитическая модель расчета геометрических составляющих твердой фазы износоустойчивого сплава в условиях контакта с закрепленным абразивом // Проблеми трибологii. 2013. № 2. С. 59–65.

13. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. 2-е изд., испр. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. 518 с.

14. Карабарин Д.А., Тарасов Г.Ф. Методика испытания сталей на абразивную износостойкость // Актуальные проблемы авиации и космонавтики. 2012. Т. 1. № 8. С. 20–22.

15. Филиппов М.А., Гервасьев М.А., Плотников Г.Н., Жилин А.С., Никифорова С.М. Формирование структуры износостойких сталей 150ХНМЛ и Х12МФЛ при закалке // Металловедение и термческая обработка металлов. 2015. № 11. С. 5–9.

16. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев Л.Н. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. 3-е изд. М.: МИСИС, 1994. 328 с.

17. Никифорова С.М., Хадыев М.С., Жилин А.С., Филиппов М.А., Рыжков М.А., Озерец Н.Н. Новые режимы обработки высокохромистых сталей с высокой износостойкостью для насосов буровых установок // Фундаментальные исследования. 2016. № 10-1.

18. С. 73–77.

19. Korshunov L.G., Makarov A.V., Chernenko N.L. Ultrafine Structures Formed upon Friction and their Effect on the Tribological Properties of Steels // The Physics of Metals and Metallography. 2000. Vol. 90. № 1. P. 48–58.

20. Бернштейн М.Л. Структура деформированных металлов. М.: Металлургия, 1977. 490 с.