ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 1 2022 62 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Критичные по надежности компоненты оборудования, контактирующие с высокоскоростными жидкими средами (например, лопатки турбины гидростанций, крыльчатки насосов, корабельные винты), подвержены одному из видов износа – кавитационной эрозии [1–5]. Кавитация инициирует ударные волны высокого давления, свыше 1500 МПа [6, 7], а скорость возникающих микроструй жидкости может превышать 120 м/с [8–10]. На поверхности, подверженной кавитации, происходит локальная пластическая деформация с последующим разрушением частиц материала с поверхности [11, 12]. Появляющиеся при этом дефекты (микропоры или полости) приводят к снижению эффективности оборудования и увеличению затрат на ремонт [13]. На рис. 1 представлен типичный пример кавитационно-эрозионного повреждения крыльчатки насоса, изготовленной из аустенитной нержавеющей стали 316L (российский аналог 03Х18Н12М2) и используемой в системах охлаждения электростанций. Сообщается, что AISI 316 не обладает высокой стойкостью против кавитационной эрозии [14]. Поверхностная обработка перспективна для уменьшения кавитационных повреждений [15, 16]. Другим направлением повышения стойкости деталей против кавитационной эрозии является нанесение покрытий наплавкой [17–19] и газотермическим напылением [5, 20, 21]. Дуговая наплавка широко используется вследствие относительно невысокой стоимости и возможности получения при этом плотных покрытий [22]. В качестве материала для наплавки получили распространение, в частности, аустенитные электроды/проволока типа E308L-17 (российский аналог 03Х19Н10) по причине хорошей свариваемости и адекватной стойкости против кавитации [23, 24]. Метастабильные аустенитные стали (МАС) потенциально являются многообещающей альтернативой более дорогим сплавам на основе Co, Ni. В МАС приложение внешней нагрузки вызывает превращение метастабильного аустенита () в мартенсит деформации (α′), сопровождающееся синергетическими эффектами. Во-первых, увеличение доли мартенситной фазы приводит к увеличению твердости. Во-вторых, энергия внешней нагрузки, приложенная к поверхности, рассеивается из-за деформационного зарождения мартенсита. Кроме того, вследствие фазового перехода → α′ в поверхностном слое детали возникают сжимающие напряжения, препятствующие возникновению микротрещин [25]. В результате улучшается износостойкость в разных условиях (например, абразивные, гидро- и газоабразивные, эрозионные, кавитационные, адгезионные и усталостные нагрузки) [26, 27]. Для МАС 50Ni9Cr5 показано, что фазовый переход → α′ происходит при пороговом уровне внешней нагрузки от 1000 до 2500 МПа с увеличением исходного количества мартенсита с 15 до 75 %. При напряжениях, превышающих пороговое значение, количество деформационного мартенсита линейно растет с ростом напряжений [28]. Авторами получены аналогичные результаты для покрытий из МАС типа 50Cr18 под действием высоко динамичных ударных нагрузок [29], а для покрытий из 60Х8ТЮ – при абразивном воздействии [30]. Приведенный уровень внешних Рис. 1. Кавитационный износ крыльчатки водяного насоса Fig. 1. Cavitation wear of water pump impeller
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1