Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов

Исследовано влияние частиц высокопрочной карбидной фазы TiC на трибологические свойства хромомарганцевых аустенитных сплавов при сухом трении скольжения и абразивном воздействии. Показано, что наличие в структуре частиц TiC приводит к росту коэффициента трения и интенсивности адгезионного изнашивани...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2015
Hauptverfasser:	Эфрос, Н.Б., Коршунов, Л.Г., Эфрос, Б.М., Тютенко, В.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України 2015
Schriftenreihe:	Физика и техника высоких давлений
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107407
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов / Н.Б. Эфрос, Л.Г. Коршунов, Б.М. Эфрос, В.С. Тютенко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 3-4. — С. 141-150. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-107407
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1074072016-10-20T03:02:39Z Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов Эфрос, Н.Б. Коршунов, Л.Г. Эфрос, Б.М. Тютенко, В.С. Исследовано влияние частиц высокопрочной карбидной фазы TiC на трибологические свойства хромомарганцевых аустенитных сплавов при сухом трении скольжения и абразивном воздействии. Показано, что наличие в структуре частиц TiC приводит к росту коэффициента трения и интенсивности адгезионного изнашивания. Досліджено вплив частинок високоміцної карбідної фази TiC на трибологічні властивості хромомарганцевих аустенітних сплавів при сухому терті ковзання й абразивному впливі. Показано, що наявність у структурі частинок TiC призводить до зростання коефіцієнта тертя й інтенсивності адгезійного зношування. The effect of the particles of high-strength carbide phase TiC on tribological properties of chromium-manganese austenite alloys under dry slipping friction and abrasive wear has been studied. It has been shown that the presence of the TiC particles within the structure results in an increase in the friction coefficient and the intensity of the adhesion wear. 2015 Article Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов / Н.Б. Эфрос, Л.Г. Коршунов, Б.М. Эфрос, В.С. Тютенко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 3-4. — С. 141-150. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0868-5924 PACS: 81.40.Pq, 64.60.My http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107407 ru Физика и техника высоких давлений Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследовано влияние частиц высокопрочной карбидной фазы TiC на трибологические свойства хромомарганцевых аустенитных сплавов при сухом трении скольжения и абразивном воздействии. Показано, что наличие в структуре частиц TiC приводит к росту коэффициента трения и интенсивности адгезионного изнашивания.
format	Article
author	Эфрос, Н.Б. Коршунов, Л.Г. Эфрос, Б.М. Тютенко, В.С.
spellingShingle	Эфрос, Н.Б. Коршунов, Л.Г. Эфрос, Б.М. Тютенко, В.С. Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов Физика и техника высоких давлений
author_facet	Эфрос, Н.Б. Коршунов, Л.Г. Эфрос, Б.М. Тютенко, В.С.
author_sort	Эфрос, Н.Б.
title	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
title_short	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
title_full	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
title_fullStr	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
title_full_unstemmed	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
title_sort	контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов
publisher	Донецький фізико-технічний інститут ім. О.О. Галкіна НАН України
publishDate	2015
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/107407
citation_txt	Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов / Н.Б. Эфрос, Л.Г. Коршунов, Б.М. Эфрос, В.С. Тютенко // Физика и техника высоких давлений. — 2015. — Т. 25, № 3-4. — С. 141-150. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Физика и техника высоких давлений
work_keys_str_mv	AT éfrosnb kontaktnaâpročnostʹnanokristalličeskihstrukturpoverhnostejtreniâuglerodistyhaustenitnyhsplavov AT koršunovlg kontaktnaâpročnostʹnanokristalličeskihstrukturpoverhnostejtreniâuglerodistyhaustenitnyhsplavov AT éfrosbm kontaktnaâpročnostʹnanokristalličeskihstrukturpoverhnostejtreniâuglerodistyhaustenitnyhsplavov AT tûtenkovs kontaktnaâpročnostʹnanokristalličeskihstrukturpoverhnostejtreniâuglerodistyhaustenitnyhsplavov
first_indexed	2025-07-07T19:55:04Z
last_indexed	2025-07-07T19:55:04Z
_version_	1837019278635696128
fulltext	Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 © Н.Б. Эфрос, Л.Г. Коршунов, Б.М. Эфрос, В.С. Тютенко, 2015 PACS: 81.40.Pq, 64.60.My Н.Б. Эфрос1, Л.Г. Коршунов2, Б.М. Эфрос1, В.С. Тютенко1 КОНТАКТНАЯ ПРОЧНОСТЬ НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ УГЛЕРОДИСТЫХ АУСТЕНИТНЫХ СПЛАВОВ 1Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина НАН Украины 2Институт физики металлов УрО РАН, г. Екатеринбург Статья поступила в редакцию 4 октября 2015 года Исследовано влияние частиц высокопрочной карбидной фазы TiC на трибологиче- ские свойства хромомарганцевых аустенитных сплавов при сухом трении сколь- жения и абразивном воздействии. Показано, что наличие в структуре частиц TiC приводит к росту коэффициента трения и интенсивности адгезионного изнаши- вания. Ключевые слова: углеродистые аустенитные сплавы, поверхностный слой с на- нокристаллической структурой, интенсивность адгезионного изнашивания, абра- зивная износостойкость Досліджено вплив частинок високоміцної карбідної фази TiC на трибологічні вла- стивості хромомарганцевих аустенітних сплавів при сухому терті ковзання й аб- разивному впливі. Показано, що наявність у структурі частинок TiC призводить до зростання коефіцієнта тертя й інтенсивності адгезійного зношування. Ключові слова: вуглецеві аустенітні сплави, поверхневий шар з нанокристалічною структурою, інтенсивність адгезійного зношування, абразивна зносостійкість Введение Известно, что фрикционное воздействие может приводить к образованию нанокристаллических структур (НКС) в поверхностном слое различных метал- лических материалов [1]. Формирование таких структур обусловлено интен- сивной пластической деформацией материала, которая осуществляется по ро- тационному механизму. Уровень прочности НКС, возникающих при трении в поверхностных слоях, определяется не только их высокой дефектностью, но и способностью данных структур к дальнейшему деформированию. Прочность существенно зависит от химического и фазового состава контактирующих ма- териалов и, следовательно, может быть повышена с помощью оптимального легирования и предварительной термопластической обработки. Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 142 Ранее было показано, что как присутствие ε-мартенсита в структуре же- лезомарганцевых сплавов, так и их легирование азотом являются причинами значительного снижения коэффициента трения и интенсивности адгезион- ного изнашивания данных сплавов [1,2]. Поскольку ε-мартенсит (как и ато- мы азота) присутствует и в хромомарганцевых метастабильных и стабиль- ных аустенитных сплавах, представляет определенный научный и практиче- ский интерес вопрос влияния различных факторов на трибологические свой- ства технически важных материалов. При этом очень важно проанализиро- вать также влияние частиц карбидно-нитридных фаз на поведение сплавов данного класса при трении скольжения и абразивном воздействии. Материалы и методика исследования Химический состав исследуемых сплавов приведен в табл. 1. Параллельно с хромомарганцевыми аустенитными сплавами испытывали железомарганце- вый сплав Г20, содержащий в структуре кроме аустенита: ∼ 45% ε-мартен- сита; нержавеющий сплав 12Х18Н9, метастабильный к γ → α-мартенсит- ному превращению при пластической деформации; аустенитный стабиль- ный сплав 40Х25Н20. Слитки всех сплавов гомогенизировали при 1100°C в течение 8 h и ковали в прутки сечением 10 × 10 mm с последующей закалкой от 1100°C в воде. Из прутков после термообработки изготавливали образцы для трибологических и структурных исследований. Таблица 1 Химический состав исследованных сплавов Содержание элементов, mass% Сплав C Mn Cr Si Ni Ti 02Г17Х11Н 0.02 17.2 11.5 0.3 0.7 0.06 20Г18Х7Т 0.20 18.4 7.4 0.3 – 0.40 30Г17Х10Т1 0.30 17.2 9.7 0.3 – 1.40 40Г19Х11Т2 0.40 18.6 10.9 0.2 – 1.90 Г20 0.03 20.4 – 0.3 – – 12Х18Н9 0.12 – 17.6 0.3 9.1 – 40Х25Н20 0.42 – 25.4 0.3 20.1 – Трибологические испытания сплав–сталь и сплав–абразив проводили на ла- бораторных установках в условиях трения скольжения. Адгезионное изнаши- вание осуществляли по схеме палец–пластина (сталь 45) без смазки при сред- ней скорости скольжения 0.035 m/s и нагрузке 294 N. В данных условиях тре- ния объемная средняя температура в поверхностном слое не превышала 40°С. Проведен анализ прочностных (микротвердость, сопротивление сдвигу и др.) и трибологических (коэффициент трения, интенсивность изнашивания и др.) свойств НКС металлических материалов. Структуру сплавов исследова- ли металлографическим, рентгеноструктурным и электронно-микроскопи- ческим методами [3,4]. Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 143 Результаты исследования и обсуждение После закалки структура сплава 02Г17Х11Н состояла из аустенита и заметного (до 15 vol.%) количества ε-фазы. Остальные хромомарганцевые сплавы, кроме аустенита, в структуре содержали карбидные частицы TiC. Так, например, в сплавах 20Г18Х7Т, 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2 присутст- вовало соответственно около 1.0, 3.0 и 4.5 vol.% TiC. Количество карбидной фазы в сплавах определяли методом стереометрического микроанализа (то- чечный метод) [5], а также по методике, описанной в работе [6]. Получен- ные результаты затем усредняли. Средний размер частиц TiC составлял око- ло 3 μm. В табл. 2 приведены результаты испытаний аустенитных сплавов на абра- зивное и адгезионное изнашивание. Как следует из рассматриваемой табли- цы, наличие в структуре сплавов 20Г18Х7Т, 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2 со- ответственно 1, 3 и 4.5 vol.% высокопрочной карбидной фазы TiC сущест- венно повышает исходную микротвердость данных сплавов, но почти не влияет на их абразивную износостойкость. Таблица 2 Абразивная износостойкость ε, интенсивность адгезионного изнашивания Ih, коэффициент трения K, микротвердость H и количество мартенсита (ε, α) в аустенитных сплавах H, MPa Количество мартенсита в спла- вах после трения, vol.%Сплав ε Ih × 107 K закалка трение слой толщиной ∼ 5 μm продукты изнашивания 02Г17Х11Н 1.7 3.5 0.25 2600 6230 90% ε 80% ε + 20% α 20Г18Х7Т 1.8 4.0 0.30 2800 6770 75% ε 70% ε + 20% α 30Г17Х10Т1 1.8 4.1 0.27 3260 6550 90% ε 75% ε + 20% α 40Г19Х11Т2 1.8 3.2 0.35 3700 6770 60% ε 40% ε + 40% α Г20 1.5 3.1 0.28 3300 5500 90% ε + 10% α > 90% α 12Х18Н9 1.9 10.0 0.40 1600 7100 90% α > 90% α 40Х25Н20 1.5 50.0 0.42 2100 6200 – – Из данных табл. 2 следует, что метастабильные к γ → ε-превращению сплавы 20Г18Х7Т, 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2, содержащие в структуре карбидные частицы TiC, не имеют преимущества в сопротивлении адгези- онному изнашиванию перед сплавом 02Г17Х11Н. Микротвердость на по- верхности трения хромомарганцевых сплавов, легированных титаном, также не увеличивается по мере роста карбидной фазы в их структуре, со- храняясь на уровне 6600–6800 MPa, и близка к величине микротвердости на поверхности трения сплава 02Г17Х11Н (6200 MPa). Рост количества карбидной фазы в структуре хромомарганцевых аустенитных сплавов со- провождается увеличением их коэффициента трения. У сплава 40Г19Х11Т2, содержащего наибольшее количество карбидной фазы, коэффициент тре- Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 144 ния почти столь же высок, как и у хромоникелевого аустенитного сплава 12Х18Н9. При этом полнота реализации γ → ε-превращения на поверхно- сти трения у сплава 40Г19Х11Т2 существенно ниже, чем у других иссле- дуемых сплавов (табл. 2). На рис. 1 приведены электронные микрофотографии структуры сплава 30Г17Х10Т1. Видно, что в закаленном сплаве, кроме аустенита, присутствуют Рис. 1. Электронные микрофотографии структуры сплава 30Г17Х10Т1 после закалки от 1100°C в воду (а) и фрикционного нагружения при скорости скольжения 0.07 m/s и нагрузке 294 N (б–д): а – светлопольное изображение (×60000); б – на расстоянии несколько микрометров от поверхности трения, светлопольное изображение (×135000); в – темнопольное изображение в рефлексе (участке кольца Дебая) (111) карбида TiC (×135000); г – на расстоянии около 5 μm от поверхности трения, тем- нопольное изображение в рефлексе (участке кольца Дебая) (002) ε-фазы (×130000); д – на расстоянии 5–10 μm от поверхности трения, светлопольное изображение (×130000) Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 145 частицы TiC (рис. 1,а). В аустените наблюдаются дефекты упаковки, возни- кающие преимущественно вблизи карбидных частиц – в микрообъемах мат- рицы, обедненных углеродом. Фрикционное нагружение формирует в по- верхностном слое (толщиной несколько микрометров) НКС, основу которой составляют кристаллы ε-фазы и TiC (рис. 1,б,в). Кроме того, в НКС присут- ствует небольшое количество кристаллов α- и γ-фаз. Размеры фрагментов НКС составляют 0.005–0.05 μm (рис. 1,в). В НКС сплава 30Г17Х10Т1 на- блюдаются отдельные относительно крупные (нераздробленные) карбидные частицы размером около 0.15 μm (рис. 1,б). С увеличением расстояния от поверхности трения до 5–10 μm размер элементов НКС существенно возрас- тает (рис. 1,д). При этом значительно снижается количество карбидной фазы в НКС. На микроэлектронограммах рефлексы карбидной фазы выявляются слабо (рис. 1,д) и не образуют сплошных колец Дебая, как на микроэлектроно- граммах, соответствующих более тонкому приповерхностному слою (рис. 1,б). Наблюдаемое вблизи поверхности трения сплава 30Г17Х10Т1 скопление карбидных частиц (рис. 1,б,в), очевидно, является результатом интенсивной пластической деформации поверхностного слоя сплава по ротационному механизму [7,8], а также следствием воздействия высоких контактных на- пряжений. Ротации элементов НКС, происходящие в поле высоких сжи- мающих контактных напряжений, могут, по-видимому, приводить к вытес- нению карбидных частиц, имеющих пониженную плотность (ρ ≈ 4.5 g/cm3), на поверхность трения сплава. Повышенное количество карбидной фазы вблизи контактной поверхности сплава 30Г17Х10Т1 может быть также следствием преимущественного локального удаления материала матрицы сплава при ее адгезионном взаимодействии с контртелом. Аналогичный факт накопления карбидных частиц на поверхности изна- шивания зафиксирован и при трении высокомарганцевого аустенитного сплава, содержащего частицы карбида VC [2]. Следует отметить, что воз- никновение на поверхности трения сплава 30Г17Х10Т1 тонкого слоя с по- вышенной концентрацией высокодисперсных карбидных частиц не обеспе- чивает данному сплаву преимущества в трибологических свойствах перед сплавом 02Г17Х11Н, не содержащим карбидной фазы (табл. 2). В табл. 3 приведены результаты испытаний аустенитных сплавов при трении со смазкой И-20 (испытания осуществляли по схеме палец–пластина при средней скорости скольжения 0.07 m/s и нагрузке 1760 N в паре со сталью 45 (пластина)). Из таблицы видно, что в данных условиях нагружения, как и при сухом трении (см. табл. 2), самыми низкими трибологическими свойст- вами обладает стабильный аустенитный нержавеющий сплав 40Х25Н20. Наиболее высокими трибологическими свойствами характеризуется сплав 02Г17Х11Н. Коэффициент трения данного сплава почти в 2 раза, а интенсив- ность изнашивания – в 1.7 раза ниже, чем у сплава 12Х18Н9. Рентгеновское исследование показало, что в поверхностном слое (толщиной ~ 10 μm) спла- ва 02Г17Х11Н образуется (как и при сухом трении) структура ε-мартенсита. Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 146 Таблица 3 Интенсивность изнашивания Ih, коэффициент трения K и средняя объемная температура в поверхностном слое t аустенитных сплавов при трении со смазкой по стали 45 Cплав Ih × 106 K t, °C 02Г17Х11Н 1.1 0.09 50 20Г18Х7Т 1.7 0.18 60 30Г17Х10Т1 2.8 0.18 60 40Г19Х11Т2 24.0 0.20 75 Г20 2.5 0.10 50 12Х18Н9 1.9 0.17 60 40Х25Н20 42.0 0.28 80 Кроме ε-фазы, в данном слое присутствует небольшое количество α-мар- тенсита. Сплав Г20, претерпевающий в рассматриваемых условиях трения практически полное γ → ε-превращение (в слое толщиной ≤ 10 μm), ха- рактеризуется столь же низким коэффициентом трения, как и сплав 02Г17Х11Н (K = 0.1). Присутствие в структуре хромомарганцевых аусте- нитных сплавов карбидных частиц TiC в общем случае приводит к росту коэффициента трения и интенсивности изнашивания данных материалов. Особенно ярко это проявляется у сплава 40Г19Х11Т2, интенсивность из- нашивания которого более чем в 20 раз, а коэффициент трения – в 2 раза выше, чем у сплава 02Г17Х11Н. В поверхностном слое сплава 40Г19Х11Т2 наблюдается повышенное, по сравнению со сплавом 03Г16Х11Н, тепловы- деление, о котором свидетельствует увеличение средней объемной темпе- ратуры в поверхностном слое сплава до 75°C (табл. 3). Усиление тепловы- деления в данном случае характеризует ухудшение условий смазки и акти- визацию деформационных процессов в зоне трения сплава 40Г19Х11Т2. Рентгеновский фазовый анализ рассматриваемого сплава не обнаружил на- личия ε-фазы в ее поверхностном слое (толщиной 5 μm), что свидетельст- вует о полной термической стабилизации сплава к γ → ε-превращению. Значительная термическая стабилизация аустенита к γ → ε-превращению имела место и у сплавов 20Г18Х7Т и 30Г17Х10Т1. В их поверхностном слое после испытания фиксируется лишь небольшое (< 10 vol.%) количест- во ε-фазы. Таким образом, наличие в структуре исследуемых сплавов карбидных частиц TiC значительно снижает активность протекания γ → ε-превращения в их поверхностном слое при испытании со смазкой, когда имеет место за- метный (∼ 50–75°С) фрикционный нагрев. Это оказывает отрицательное влияние на трибологические свойства рассматриваемых материалов при трении со смазкой. Табл. 4 иллюстрирует влияние скорости скольжения на параметры трения и изнашивания хромомарганцевых аустенитных сплавов. Испытания осуществля- ли по схеме палец–диск в паре со сталью Х12М без смазки при нагрузке 98 N. Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 147 Таблица 4 Влияние скорости скольжения на интенсивность адгезионного изнашивания Ih, коэффициент трения K и температуру в поверхностном слое t аустенитных сплавов Скорость скольжения, m/sСплав Параметр 0.14 0.75 1.50 3.00 Ih × 107 1.7 0.53 1.0 120.0 K 0.34 0.55 0.50 0.8002Г17Х11Н t, °C 30 80 130 325 Ih × 107 1.7 0.8 5.6 110.0 K 0.37 0.66 0.50 0.7330Г17Х10Т1 t, °C 30 80 160 500 Ih × 107 1.3 0.9 18.0 120.0 K 0.43 0.56 0.52 0.7540Г19Х11Т2 t, °C 30 130 200 500 Видно, что при повышении скорости скольжения от 0.14 до 3.0 m/s тем- пература в поверхностном слое сплавов увеличивается от 30 до 325–500°C, что обусловливает рост интенсивности изнашивания исследуемых сплавов в результате активизации процессов термического разупрочнения в их по- верхностных слоях. При скоростях скольжения 0.75 и 1.5 m/s сплавы 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2 характеризуются значительно бóльшими интен- сивностью изнашивания и температурой в зоне трения, чем сплав 02Г17Х11Н. При скорости скольжения 3.0 m/s интенсивность изнашивания рассматриваемых сплавов возрастает на 1–2 порядка, достигая уровня Ih = = 1×10–5 (табл. 4). Изнашивание всех сплавов в данном случае носит харак- тер катастрофического теплового схватывания [8]. Рентгеновский фазовый анализ показал, что при скорости скольжения 0.14 m/s, когда температура в зоне трения не превышает 30°С, в поверхностном слое исследуемых хромо- марганцевых аустенитных сплавов активно происходит γ → ε-превращение (табл. 5). Таблица 5 Влияние скорости скольжения на количество мартенсита, возникающего в поверхностном слое (толщиной ∼ 5 μm) хромомарганцевых аустенитных сплавов Количество мартенсита (vol.%), возникающего при скоростях скольжения, m/sСплав Тип мартенсита 0.14 0.75 1.50 3.00 α 15 20 30 –02Г17Х11Н ε 70 40 25 – α 5 – – –30Г17Х10Т1 ε 75 30 – – α – – – –40Г19Х11Т2 ε 25 10 – – Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 148 Это обеспечивает рассматриваемым материалам минимальные значе- ния коэффициента трения и невысокую интенсивность адгезионного из- нашивания. В сплаве 02Г17Х11Н, кроме ε-фазы, образуется заметное (∼ 15 vol.%) количество α-мартенсита, что свидетельствует об активиза- ции мартенситного ε → α-превращения на поверхности трения данного материала. С увеличением скорости скольжения до 0.75 m/s, вызываю- щим рост температуры в поверхностном слое образцов до 80°С, имеет место резкое уменьшение количества ε-фазы, возникающей вблизи по- верхности трения хромомарганцевых аустенитных сплавов. Это обуслов- лено термической стабилизацией сплавов по отношению к γ → ε-превра- щению, а также протеканием в них ε → γ-мартенситного превращения [2]. После испытаний со скоростью 1.5 m/s ε-фаза в структуре сплавов 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2 не была обнаружена, а в поверхностном слое сплава 02Г17Х11Н присутствовали 25 vol.% ε-фазы и 30 vol.% α-мартен- сита. Полная термическая стабилизация сплава 02Г17Х11Н к образова- нию мартенсита (ε, α) наблюдается лишь при скорости 3.0 m/s (табл. 5). Сравнивая результаты, приведенные в табл. 4 и 5, можно предположить, что полная термическая стабилизация исследуемых метастабильных ау- стенитных сплавов к образованию мартенсита деформации (α, ε), имею- щая место при скоростях скольжения 1.5 и 3.0 m/s, резко снижает сопро- тивление сплавов тепловому адгезионному изнашиванию. У сплавов 30Г17Х10Т1 и 40Г19Х11Т2, содержащих в структуре карбид- ную фазу TiC, полная термическая стабилизация к образованию мартенси- та деформации (α, ε) имеет место при меньшей скорости скольжения (V = = 1.5 m/s), чем у сплава 02Г17Х11Н (V = 3.0 m/s). Это активизирует рост ин- тенсивности теплового адгезионного изнашивания у рассматриваемых мате- риалов при относительно невысоких средних температурах в зоне трения (t = 160–200°С) (табл. 4, 5). Таким образом, полученные результаты показывают (см. табл. 2–4), что присутствие карбидных частиц TiC в структуре исследуемых мета- стабильных хромомарганцевых аустенитных сплавов, как правило, сни- жает сопротивление адгезионному изнашиванию и увеличивает коэффи- циент трения рассматриваемых материалов. Частицы высокопрочной кар- бидной фазы, по-видимому, существенно увеличивают сопротивление сдвигу тонкого поверхностного слоя сплавов и тем самым нейтрализуют положительное влияние легкого базисного скольжения ε-мартенсита на трибологические свойства хромомарганцевых аустенитных сплавов. В данном случае повышение сопротивления сдвигу поверхностного слоя рассматриваемых материалов, очевидно, препятствует локализации пла- стической деформации материала непосредственно вблизи поверхности трения сплавов и тем самым создает условия для активизации процессов схватывания. Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 149 Выводы Термическая стабилизация аустенита к γ → ε-превращению, а также про- текание ε → γ-превращения в условиях значительного фрикционного нагре- ва поверхностного слоя сплавов приводят к резкому падению их трибологи- ческих свойств. Присутствие в структуре хромомарганцевых аустенитных сплавов, мета- стабильных к γ → ε-превращению, частиц карбидной фазы TiC в количестве 1–4.5 vol.% оказывает отрицательное влияние на трибологические свойства (коэффициент трения и интенсивность адгезионного изнашивания) сплавов. Обнаружено увеличение количества дисперсных частиц TiC в припо- верхностном (1–5 μm) слое хромомарганцевых аустенитных сплавов, леги- рованных титаном, в процессе фрикционного нагружения. Это, по- видимому, является следствием интенсивной пластической деформации по- верхностного слоя сплавов, а также результатом преимущественного адге- зионного удаления материала матрицы сплава с контактной поверхности. 1. Л.Г. Коршунов, Б.М. Эфрос, Н.Л. Черненко, Ю.Н. Гойхенберг, ФТВД 11, № 1, 75 (2001). 2. N. Efros, L. Korshunov, B. Efros, N. Chernenko, Nanostructured materials by high pressure severe plastic deformation, Y. Zhu, V. Varyukhin (eds.) 212, 271 (2006). 3. Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков, А.И. Иванов, Л.Н. Расторгуев, Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия, Металлургия, Москва (1982). 4. Н.Б. Эфрос, Л.В. Лоладзе, Т.П. Заика, Н.В. Шишкова, В.С. Тютенко, Б.М. Эфрос, В.Н. Варюхин, ФТВД 17, № 1, 141 (2007). 5. С.А. Салтыков, Стереометрическая металлография, Металлургия, Москва (1976). 6. В.Ф. Моисеев, Состав стали и количество карбидной фазы, МиТОМ № 8, 67 (1970). 7. P. Heilmann, W.A. Clark, D.A. Rigney, Acta Met. 31, 1293 (1983). 8. Л.Г. Коршунов, ФММ № 8, 3 (1992). N.B. Efros, L.G. Korshunov, B.M. Efros, V.S. Tyutenko CONTACT STRENGTH OF NANOCRYSTAL STRUCTURES OF THE FRICTION SURFACES OF CARBON AUSTENITE ALLOYS The effect of the particles of high-strength carbide phase TiC on tribological properties of chromium-manganese austenite alloys under dry slipping friction and abrasive wear has been studied. It has been shown that the presence of the TiC particles within the structure results in an increase in the friction coefficient and the intensity of the adhesion wear. Key words: carbon austenite alloys, surface layer with the nanocrystal structure, adhe- sion wear intensity, abrasive wear resistance Fig. 1. Electron photomicrograms of the 30G17Х10Т1 alloy structure after the water quenching from 1100°C (а) and friction loading at the slipping rate of 0.07 m/s and the Физика и техника высоких давлений 2015, том 25, № 3–4 150 loading of 294 N (б–д): а – bright-field image (×60000); б – at the distance of a few of micrometers from the friction surface, bright-field image (×135000); в – dark-field image in the reflex (a segment of the Debye ring) (111) of the TiC carbide (×135000); г – at the distance of 5 μm from the friction surface, dark-field image in the reflex (a segment of the Debye ring) (002) of the ε-phase (×130000); д – at the distance of 5–10 μm from the friction surface, bright-field image (×130000)

Контактная прочность нанокристаллических структур поверхностей трения углеродистых аустенитных сплавов

Institution

Ähnliche Einträge