Влияние меди на формирование износостойких ультрадисперсных и наноструктурированных поверхностных слоёв трения хромистых сталей

В. В. Тихонович$^{1}$, А. Н. Грипачевский$^{1}$, В. Г. Новицкий$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 34/1, 03142 Киев, Украина

Получена: 02.03.2021. Скачать: PDF

Исследовано влияние введения в сталь 120Х15 структурно-свободных включений меди ($\varepsilon$-фазы), при её легировании этим элементом в количестве 10% вес., на механизм формирования на поверхностях трения износостойких сверхмелкодисперсных покрытий, благодаря которым контактная пара сталь 120Х15–сталь 20Х13 переходит в стационарный режим работы с минимальными коэффициентом трения и износом. Показано, что эти покрытия состоят из отдельных слоёв, которые формируются при наслоении на поверхности трения микровыступов металла, образующихся в процессе приработки узлов трения в результате локального разрушения металла и его переноса между телами. Установлено, что легирование стали 120Х15 10% вес. меди не изменяет структуру и фазовый состав исходного сплава, но при этом дополнительно появляются включения $\varepsilon$-Cu фазы. В зависимости от размера включения $\varepsilon$-Cu фазы имеют различное происхождение и формируются из жидкого расплава, аустенита и феррита. Исследован механизм влияния дополнительного легирования стали 120Х15 медью на повышение твёрдости и упругости сплава. Установлено, что влияние меди на твёрдость и упругость стали 120Х15Д10 увеличивается при пластической деформации сплава благодаря разрушению сетки эвтектической составляющей, измельчению и частичному растворению включений $\varepsilon$-Cu фазы. Показано, что дополнительное легирование стали 120Х15 медью снижает разницу между механическими свойствами тел, образующих узел трения. Поэтому, если у рабочей пары сталь 120Х15–сталь 20Х13 слои трения преимущественно формируются из металла стали 120Х15, то у рабочей пары сталь 120Х15Д10–сталь 20Х13 вклад обоих тел в формирование слоёв трения отличается не так заметно. Это приводит к более равномерному износу тел пары трения и уменьшению её суммарного износа.

Ключевые слова: трение скольжения, износостойкость, наноструктурированный материал, ультрадисперсная структура, включения $\varepsilon$-Cu фазы, поверхностные слои трения, массоперенос.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i07/0853.html

PACS: 06.60.Vz, 62.20.Qp, 62.25.-g, 68.35.Ct, 81.07.Bc, 81.16.Rf, 81.40.Pq


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Т. С. Скобло, Н. М. Можарова, Литейное производство, 4, № 1: 2 (2008).
  2. Ю. С. Бобро, М. Ф. Баранов, О. И. Коваленко, ФХММ, 4, № 1: 112 (1975).
  3. В. А. Игнатов, В. К. Соленый, В. Л. Жук, А. И. Туяхов, Металл и литье Украины, 10, № 11: 31 (2001).
  4. В. П. Гаврилюк, В. И. Тихонович, И. А. Шалевская, Ю. И. Гутько, Абразивостойкие высокохромистые чугуны (Луганск: Ноулидж: 2010).
  5. Е. В. Рожкова, В. В. Румянцев, О. М. Романов, А. В. Трещалин, Металлургия машиностроения, 1, № 4: 19 (2002).
  6. Б. А. Кириевский, Л. Г. Смолякова, Т. К. Изюмова, Литые износостойкие материалы: Сборник (Киев: ИПЛ АН УССР: 1978), с. 45.
  7. Т. Огнева, Н. Мартюшев, И. Альтпетер, М. Сурков, А.Токарев, Т. Крутская, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), 20, № 2: 130 (2018). Crossref
  8. N. V. Stepanova, T. A. Zimogliadova, A. Y. Ognev, D. S. Krivizhenko, Y. N. Maliutina, and O. A. Zimogliadova, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, No. 286: 2018 (2017). Crossref
  9. G. I. Silman, V. V. Kamynin, and V. V. Goncharov, Metal Sci. Heat Treatment, 40, Nos. 7–8: 387 (2007). Crossref
  10. Н. В. Степанова, В. Кумар, В. А. Кузнецов, П. А. Попелюх, Е. Д. Головин, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), № 1 (54): 81 (2012).
  11. Н. В. Степанова, А. А. Батаев, А. А. Ситников, Т. Н. Осколкова, Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты), № 4 (69): 72 (2015). Crossref
  12. G. I. Silman, Metal Sci. Heat Treatment, 51, Nos. 1–2: 19 (2009). Crossref
  13. И. А. Батаев, Н. В. Степанова, А. А. Батаев, А. А. Никулина, А. А. Разумаков, Физика металлов и металловедение, 117, № 9: 932 (2016). Crossref
  14. I. A. Bataev, N. V. Stepanova, A. A. Bataev, A. A. Nikulina, and A. A. Razumakov, Phys. Metals Metallogr., 117, No. 9: 901 (2016). Crossref
  15. N. V. Stepanova, I. A. Bataev, Y.-B. Kang, D. V. Lazurenko, A. A. Bataev, A. A. Razumakov, and A. M. Jorge Junior, Materials Characterization, 117: 260 (2017). Crossref
  16. Y. Prasetyo, S. K. Lee, and E. R. Baek, Key Eng. Mater., 457: 386 (2011). Crossref
  17. M. Tsujikawa, N. Matsumoto, K. Nakamoto, and Y. Michiura, Key Eng. Mater., 457: 151 (2011). Crossref
  18. C-H. Hsu and K-T. Lin, Mater. Sci. Eng.: A, 528, No. 18: 5706 (2011). Crossref
  19. R. K. Dasgupta, D. K. Mondal, T. K. Chakrabarti, and A. C. Ganguli, J. Mater. Eng. Performance, 21(8): 1728 (2012). Crossref
  20. K. Choe, S. Lee, M. Kim, and K. Lee, Mater. Sci. Forum, 654–656: 1448 (2010). Crossref
  21. В. И. Тихонович, О. И. Коваленко, Ю. Г. Бобро, В. Г. Новицкий, Процессы литья, 3: 23 (1994).
  22. В. Г. Новицкий, В. П. Гаврилюк, В. И. Тихонович, Трение и износ, 27, № 6: 628 (2006).
  23. V. Novytskyi, V. Havryliuk, and V. Lakhnenko, J. Mater. Sci. Res., 2, No. 3: 33 (2013). Crossref
  24. Н. С. Цикунов, В. А. Батырев, А. Н. Грипачевский, В. В. Тихонович, Пакет программ для обработки результатов количественного рентгеноспектрального микроанализа методом ZAF на мини-ЭВМ (Киев: 1981) (Препр./АН Украины. Ин-т металлофизики, 81.16, 1981).
  25. В. В. Немошкаленко, В. В. Горский, В. В. Тихонович, И. А. Якубцов, Металлофизика, 6, № 6: 93 (1984).
  26. С. И. Булычев, В. П. Алехин, А. П. Терновский, ФиХОМ, 2: 58 (1976).
  27. М. Х. Шоршоров, С. И. Булычев, В. П. Алехин, Методические рекомендации по исследованию физико-механических свойств материалов непрерывным вдавливанием наконечника (Москва: ИМЕТ АН СССР: 1980).
  28. В. А. Галанов, О. Н. Григорьев, Ю. В. Мильман, Проблемы прочности, 11: 93 (1983).
  29. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 33, № 12: 1671 (2011).
  30. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 37, № 6: 817 (2015). Crossref
  31. В. В. Тихонович, В. Н. Уваров, Успехи физ. мет., 12, вып. 2: 209 (2011). Crossref
  32. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 38, № 6: 763 (2016). Crossref
  33. K. Shubhank and Y. Kang, Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry, 45: 127 (2014).
  34. A. A. Bataev, N. V. Stepanova, I. A. Bataev, Y. Kang, and A. A. Razumakov, Metal Sci. Heat Treatment, 60, Nos. 3–4: 150 (2018). Crossref
  35. И. А. Батаев, Н. В. Степанова, А. А. Батаев, А. А. Разумаков, Известия высших учебных заведений. Физика, 60, № 6: 86 (2017). Crossref