Вплив структури та швидкости охолодження стопів Fe–В–С на механічні властивості та зносостійкість

О. В. Сухова

Інститут транспортних систем і технологій НАН України, вул. Писаржевського, 5, 49005 Дніпро, Україна

Отримано: 04.03.2023; остаточний варіант - 13.05.2023. Завантажити: PDF

В роботі вивчено структурний стан і фазовий склади стопів Fe–B–C у концентраційному діяпазоні 2,0–9,0% ваг. В, 0,1–0,2% ваг. С (Fe — решта), охолоджених зі швидкостями 10–10$^{3}$ К/с. Використано методи мікроструктурної, кількісної металографічної та рентґеноструктурної аналіз. Виміряно мікротвердість, міцність на стиск, коефіцієнти відносної абразивної та газо-абразивної зносостійкости. Заевтектичні стопи Fe–B–C відрізняються підвищеною мікротвердістю, що забезпечує їхній більший опір абразивному зношенню. Доевтектичні стопи характеризуються підвищеною міцністю на стиск, що визначає їхню більшу стійкість в умовах газо-абразивного зношування за кімнатної температури. Найбільшу газо-абразивну зносостійкість за температури у 473 К мають заевтектичні стопи завдяки більш високій окалиностійкості їхніх структурних складових. Зі збільшенням швидкости охолодження від 10 до 10$^{3}$ К/с структура стопів Fe–B–C змінюється внаслідок зсуву ліній на діяграмі стану в бік залізного кута. В доевтектичних стопах збільшується вміст первинної аустенітної фази, а в заевтектичних стопах зменшується вміст первинної фази Fe$_{2}$(B,C). За цього мікротвердість стопів підвищується, а міцність на стиск спочатку в інтервалі швидкостей охолодження 10–300 К/с збільшується, а за більших швидкостей охолодження починає зменшуватися. Найліпші експлуатаційні характеристики показують заевтектичні стопи Fe–B–C, охолоджені в інтервалі 8$\cdot$10$^{2}$–10$^{3}$ К/с, в структурі яких вміст евтектики Fe–Fe$_{2}$(B,С) не перевищує 10–20% об. Ці стопи можна рекомендувати як наповнювачі композиційних покриттів, що експлуатують в умовах дії абразивних і газо-абразивних середовищ, в тому числі за температур до 473 К.

Ключові слова: стопи Fe–B–C, структура, швидкість охолодження, мікротвердість, міцність на стиск, абразивна і газо-абразивна зносостійкості.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i11/1337.html

PACS: 06.60.Vz, 61.72.Ff, 62.20.Qp, 68.08.De, 68.35.Ct, 81.20.Vj, 81.40.Pq


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. O. Trembach, M. G. Sukov, V. A. Vynar, I. O. Trembach, V. V. Subbotina, O. Yu. Rebrov, O. M. Rebrova, and V. I. Zakiev, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 44, No. 4: 493 (2022).
  2. S. I. Ryabtsev, V. A. Polonskyy, and O. V. Sukhova, Mater. Sci., 56, No. 2: 263 (2020). Crossref
  3. O. V. Sukhova and V. A. Polonskyy, East Eur. J. Phys., No. 3: 5 (2020).
  4. P. A. Belonozhko, M. M. Zhechev, and S. V. Tarasov, Sov. Appl. Mech., No. 7: 683 (1986). Crossref
  5. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Vopr. Khimii Khimicheskoi Technol., No. 3: 46 (2019) (in Ukrainian).
  6. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, and V. P. Balakin, Metallurgia, 35, No. 2: 65 (1996).
  7. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Vopr. Khimii Khimicheskoi Technol., No. 6: 77 (2018) (in Ukrainian).
  8. O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, and K. V. Ustinova, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 40, No. 11: 1475 (2018) (in Ukrainian).
  9. A. P. Vashchenko, I. M. Spiridonova, and E. V. Sukhovaya, Metallurgia, 39, No. 2: 89 (2000).
  10. O. Sukhova and Yu. Syrovatko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 41, No. 9: 1171 (2019) (in Russian). Crossref
  11. M. P. Braun, Mikrolegirovanie Stali [Microalloying of Steel] (Kiev: Naukova Dumka: 1982) (in Russian).
  12. X. Ren, H. Fu, J. Xing, Y. Yang, and S. Tang, J. Mater. Res., 32, No. 16: 3078 (2017). Crossref
  13. A. Sudo, T. Nishi, N. Shirasu, M. Takano, and M. Kurata, J. Nuclear Sci. Technol., 52, No. 10: 1308 (2015). Crossref
  14. P. Sang, H. Fu, Y. Qu, C. Wang, and Y. Lei, Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 46, No. 9: 962 (2015). Crossref
  15. Z. F. Huang, J. D. Xing, S. Q. Ma, Y. M. Gao, M. Zheng, and L. Q. Sun, Key Eng. Mater., 732, No. 1: 59 (2017). Crossref
  16. L. Yu. Nazyuta, L. S. Tikhonyuk, I. N. Kostyrya, and Yu. V. Khavalits, Metal ta Lyttya Ukrayiny, Nos. 3–4: 18 (2018) (in Russian).
  17. I. M. Spiridonova, O. V. Sukhova, and A. P. Vashchenko, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 21, No. 2: 122 (1999) (in Russian).
  18. S. Ma and J. Zhang, Mater. Test., 58, No. 2: 127 (2016). Crossref
  19. I. M. Spiridonova, E. V. Sukhovaya, S. B. Pilyaeva, and O. G. Bezrukavaya, Metall. Min. Ind., No. 3: 58 (2002) (in Russian).
  20. E. Sigolo, J. Soyama, G. Zepon, C. S. Kiminami, W. J. Botta, and C. Bolfarini, Surf. Coat. Technol., 302, No. 1: 255 (2016). Crossref
  21. I. M. Spyrydonova, O. V. Sukhova, and G. V. Zinkovskij, Metall. Min. Ind., 4, No. 4: 2 (2012) (in Russian).
  22. J. Kim, K. Ko, S. Noh, G. Kim, and S. Kim, Wear, 267, Nos. 9–10: 1415 (2009). Crossref
  23. J. Soyama, G. Zepon, T. P. Lopes, L. Beraldo, C. S. Kiminami, W. J. Botta, and C. Bolfarini, J. Mater. Res., 31, No. 19: 2987 (2016). Crossref
  24. F. Li and L. Zhenhua, J. Alloy Compd., 587, No. 2: 267 (2014). Crossref
  25. H. G. Fu, Y. P. Lei, J. D. Xing, and L. M. Huang, Ironmak. Steelmak., 35, No. 5: 371 (2008). Crossref
  26. Z. Pala, J. Fojtikova, T. Koubsky, R. Musalek, J. Strasky, J. Capek, J. Kyncl, L. Beranek, and K. Kolarik, Powder Diffraction, 30, No. S1: S83 (2015). Crossref
  27. J. Zhang, J. Liu, H. Liao, M. Zeng, and S. Ma, J. Mater. Res. Technol., 8, No. 6: 6308 (2019). Crossref
  28. V. Homolova, L. Ciripova, and A. Vyrostkova, J. Phase Equilibria Diff., 36, No. 6: 599 (2015).
  29. O. V. Sukhova, Phys. Chem. Solid State, 22, No. 1: 110 (2021). Crossref
  30. Z. Lv, H. Fu, J. Xing, and S. Ma, J. Alloys Comp., 662, No. 1: 54 (2016). Crossref
  31. H. Fu and Z. Jiang, Acta Metall. Sin., 42, No. 5: 545 (2006).
  32. O. V. Sukhova, Phys. Chem. Solid State, 21, No. 2: 355 (2020). Crossref
  33. J. Zhang, Y. Gao, J. Xing, X. Wei, S. Ma, and B. Che, Tribol. Trans., 56, No. 3: 461 (2013). Crossref
  34. O. Culha, S. Sahin, I. Ozdemir, and M. Toparli, Experimental Techniques, No. 3: 43 (2011).
  35. O. V. Sukhova, PAST, 128, No. 4: 77 (2020). Crossref
  36. J. Zhang, Y. Gao, J. Xing, S. Ma, D. Yi, and L. Liu, J. Mater. Eng. Perform., 20, No. 9: 1658 (2011). Crossref
  37. O. V. Sukhova and K. V. Ustinova, Funct. Mater., 26, No. 3: 495 (2019).
  38. I. M. Spyrydonova, S. B. Pilyaeva, E. V. Sukhovaya, and G. V. Zinkovskyy, Visnyk Dniprovs’kogo Universytetu. Fizyka. Radioehlektronika, No. 8: 32 (2002) (in Russian).