Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова, Новочеркасск, Россия

С. Н. Сергеенко, доцент, канд. техн. наук, эл. почта: sergeenko@gmail.com

Установлены закономерности влияния продолжительности механоактивации шихты и давления холодного компактирования на твердость консолидированной в процессе спекания стали 110Г13 на основе смеси порошков Fe – FeMn – C, обработанной в планетарной мельнице. При увеличении продолжительности механоактивации порошковой шихты до 1,8 ч наблюдается диспергирование частиц шихты, повышение пористости холоднокомпактированных формовок, активизирование процесса спекания и повышение твердости HV спеченной стали 110Г13 для исследованного диапазона давлений холодного компактирования, равного 500–875 МПа. Выявлена линейная зависимость между пористостью спеченной порошковой стали 110Г13 и формовкой при заданном давлении холодного компактирования для исследованной продолжительности механоактивации шихты. Рассчитаны значения коэффициента консолидации, характеризующего степень снижения пористости спеченной заготовки при уменьшении пористости холоднокомпактированной формовки. Построено нелинейное уравнение регрессии 2-го порядка влияния продолжительности механоактивации на значения коэффициента консолидации. На основе результатов рентгенофазового анализа консолидированной порошковой стали 110Г13 показано, что при использовании шихты, полученной при повышенной продолжительности механоактивации (2,1 ч), в структуре спеченного материала формируется карбидная фаза Mn1,8Fe1,2C, обеспечивающая повышение твердости. При использовании шихты, обработанной в течение 1,05 ч и обеспечивающей максимальную относительную плотность, наблюдается повышенная твердость 416 HV консолидированной стали 110Г13. При переходе от диспергирования к агломерации (1,8 ч) обеспечиваются максимальные значения коэффициента консолидации в процессе спекания порошковой стали 110Г13. Установлено снижение неоднородности распределения твердости при увеличении давления холодного компактирования. На основе построенной сигмоидальной зависимости определены критические значения давления холодного компактирования и продолжительности механоактивации шихты, обеспечивающие переход к повышенной твердости порошковой стали 110Г13.

1. Давыдов Н. Г. Высокомарганцевая сталь. — М. : Металлургия, 1979. — 176 с.
2. Волынова Т. Ф. Высокомарганцовистые стали и сплавы. — М. : Металлургия, 1988. — 341 с.
3. Дорофеев Ю. Г. Динамическое горячее прессование в металлокерамике. — М. : Металлургия, 1972. — 176 с.
4. Сергеенко С. Н. Технологии получения порошковой стали 110Г13 // 13-й Международный симпозиум «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы, сварка» : сборник материалов. Минск, 2023. С. 181–185.
5. Сергеенко С. Н. Методы горячего компактирования порошковых материалов // Технология металлов. 2009. № 9. С. 52–56.
6. Сергеенко С. Н. Методы горячего компактирования порошковых материалов // Технология металлов. 2009. № 10. С. 45–54.
7. Сергеенко С. Н. Компактирование и консолидация порошковой стали 110Г13 на основе механически активированных шихт // Черные металлы. 2019. № 8. С. 56–61.
8. Аввакумов Е. Г. Механические методы активации химических процессов. — Новосибирск : Наука, 1986. — 303 с.
9. Болдырев В. В. Экспериментальные методы в механохимии твердых неорганических веществ. — Новосибирск : Наука, 1983. — 65 с.
10. Chowdhury P., Canadinc D., Sehitoglu H. On deformation behavior of Fe–Mn based structural alloys // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2017. Vol. 122. DOI: 10.1016/j.mser.2017.09.002
11. Волынова Т. Ф. Формирование наноструктурированных композиций на поверхностях трения метастабильных структур системы Fe–Mn — основа создания нового класса антифрикционных материалов // Перспективные материалы. 2006. № 3. С. 34–47.
12. Malinov L. S., Malysheva I. E., Klimov E. S. et al. Effect of particular combinations of quenching, tempering and carburization on abrasive wear of low-carbon manganese steels with metastable Austenite // Materials Science Forum submitted. 2018. Vol. 945. P. 574–578. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.574
13. Кусакин П. С., Кайбышев Р. О. Эволюция микроструктуры и механических свойств высокомарганцевой стали с TWIP-эффектом при прокатке // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. № 4-2. С. 1607, 1608.
14. Korshunov L. G., Chernenko N. L. Effect of aluminum on the structural transitions and the wear resistance of hadfield steel under friction // Physics of Metals and Metallography. 2018. Vol. 119. P. 700–706.
15. Мусихин А. М. Сталь 110Г13Л для ответственных отливок драг, работающих в сложных климатических и геологических условиях // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2012. № 11. С. 57–60.
16. Савченко Н. Л., Севостьянова И. Н., Утяганова В. Р., Гнюсов С. Ф. Высокоскоростное скольжение по стали композита WC–Сталь Гадфильда // XII Международная конференция : «Механика, ресурс и диагностика материалов и конструкций» : сборник материалов. Екатеринбург, 2018. С. 461.
17. Коршунов Л. Г., Сагарадзе В. В., Черненко Н. Л., Шабашов В. А. Влияние фрикционного наноструктурирования на состояние карбидной фазы в стали Гадфильда // II Международная конференция «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов» : сборник материалов. — М. : ИМЕТ РАН, 2017. С. 282–284.
18. Korshunov L. G., Sagaradze V. V., Chernenko N. L. Structural and phase transformations in Hadfield steel upon frictional loading in liquid nitrogen // Phys. Metals Metallogr. 2016. Vol. 117. P. 828–833. DOI: 10.1134/S0031918X16080068
19. Xiong R., Peng H., Wang S., Si H. et al. Effect of stacking fault energy on work hardening behaviors in Fe–Mn–Si–C high manganese steels by varying silicon and carbon contents // Materials & Design. 2015. Vol. 85. P. 707–714. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.07.072
20. Wen Y. H., Peng H. B., Si H. T., Xiong R. L. et al. A novel high manganese austenitic steel with higher work hardening capacity and much lower impact deformation than Hadfield manganese steel // Materials & Design. 2014. Vol. 55. P. 798–804.

21. Никулина А. А., Смирнов А. И., Великосельская Е. Ю. Структурные изменения стали Гадфильда при холодной деформации // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2013. № 2. С. 82–88.
22. Vdovin K. N., Feoktistov N. A., Gorlenko D. A., Nikitenko O. A. Investigation of microstructure of high-manganese steel, modified by ultra-dispersed powders, on the base of compounds of refractory metals // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 14. P. 34–40.
23. Jeon J., Nam S., Kang S., Shin J. et al. Mechanical behavior of ultrafinegrained high-Mn steels containing nanoscale oxides produced by powder technology // Materials & Design. 2016. Vol. 92. P. 73–78.
24. Болдырев В. В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. 2006. № 75 (3). С. 203–218.
25. Сергеенко С. Н. Технологии получения порошковых материалов на основе механически активированных шихт (обзор) // Технология металлов. 2012. № 1. С. 46–56.
26. Сергеенко С. Н. Технологии получения порошковых материалов на основе механически активированных шихт (обзор) // Технология металлов. 2012. № 5. С. 46–55.
27. Сергеенко С. Н. Технологии получения порошковых материалов на основе механически активированных шихт (обзор) // Технология металлов. 2012. № 6. С. 47–56.
28. Роман О. В., Аруначалам В. С. Актуальные проблемы порошковой металлургии. — М. : Металлургия, 1990. — 232 с.
29. Попович А. А., Разумов Н. Г. Исследование процесса механического легирования железа аустенитообразующими элементами // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 10 (712). С. 53–59.
30. Duan C., Chen C., Zhang J., Shen Y. et al. Nitriding of Fe–18Cr–8Mn stainless steel powders by mechanical alloying method with dual nitrogen source // Powder Technology. 2016. Vol. 294. P. 330–337. DOI: 10.1016/j.powtec.2016.02.048
31. Чувильдеев В. Н., Нохрин А. В., Баранов Г. В. и др. Исследование процессов спекания нано и ультрадисперсных механоактивированных порошков системы W-Ni-Fe и получение сверхпрочных тяжелых вольфрамовых сплавов // Металлы. 2014. № 2. С. 51–66.
32. Чувильдеев В. Н., Нохрин А. В., Болдин М. С. и др. Влияние высокоэнергетической механоактивации на кинетику твердофазного спекания ультрамелкозернистого тяжелого вольфрамового сплава // Доклады Академии наук. 2017. Т. 476. № 3. С. 285–289.
33. Chuvil’deev V. N., Nokhrin A. V., Boldin M. S. и др. Influence of high-energy ball milling on the solid-phase sintering kinetics of ultrafine-grained heavy tungsten alloy // Doklady Physics. 2017. Vol. 62, Iss. 9. P. 420–424.
34. Кочетов Н. А., Рогачев А. С., Щукин А. С. и др. Механическое сплавление с частичной аморфизацией многокомпонентной порошковой смеси Fe–Cr–Co–Ni–Mn и ее электроискровое плазменное спекание для получения компактного высокоэнтропийного материала // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2018. № 2. С. 35–42. DOI: 10.17073/1997-308X-2018-2-35-42
35. Сергеенко С. Н. Кинетика процессов диспергирования–агломерации при механической активации шихты порошковой стали 110Г13 // Черные металлы. 2019. № 7. С. 47–52.