Том 24 № 4 2022 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Украина: Ковалевский С.В., доктор технических наук, профессор, проректор по научно-педагогической работе Донбасской государственной машиностроительной академии, г. Краматорск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Герасенко А.Н., директор ООО НПКФ «Машсервисприбор», г. Новосибирск, Кирсанов С.В., доктор техн. наук, профессор, ТПУ, г. Томск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Кудряшов Е.А., доктор техн. наук, профессор, Засл. деятель науки РФ, ЮЗГУ, г. Курск, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФПМ СО РАН, г. Томск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары В 2017 году журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» вошел в индекс цитирования Emerging Sources Citation Index (ESCI) базы Web of Science. Журналы, представленные в индексе цитирования ESCI, отвечают большинству базовых критериев Core Collection и расцениваются компанией Clarivate Analytics как наиболее влиятельные и востребованные издания, имеющие большую вероятность высокого научного интереса. Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing) на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия. Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Дюрягин А.А., Ардашев Д.В. Исследование взаимосвязи силы резания и шероховатости обработанной поверхности с подачей на зуб при фрезеровании материала EuTroLoy 16604, полученного DMD-методом.... 6 Улаханов Н.С., Тихонов А.С., Мишигдоржийн У.Л., Иванцивский В.В., Вахрушев Н.В. Проблемы исследования остаточных напряжений в упрочненном поверхностном слое инструментальных штамповых сталей после диффузионного бороалитирования................................................................................................... 18 Рубцов В.Е., Панфилов А.О., Княжев Е.О., Николаева А.В., Черемнов А.М., Гусарова А.В., Белобородов В.А., Чумаевский А.В., Иванов А.Н. Отработка методики плазменной резки меди марки М1, алюминиевого сплава Д16Т и титанового сплава ОТ4-1 с использованием плазмотрона с обратной полярностью.... 33 Амиров А.И., Москвичев Е.Н., Иванов А.Н., Чумаевский А.В., Белобородов В.А. Особенности формирования сварного соединения сплава ВТ14 сваркой трением с перемешиванием с использованием жаропрочного инструмента из сплава ЖС6У.......................................................................................................... 53 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Ардашев Д.В., Жуков А.С. Исследование взаимосвязи режущей способности инструмента с параметрами акустического сигнала в процессе профильного шлифования.............................................................................. 64 Батаев Д. К-С., Гойтемиров Р.У., Батаева П.Д. Исследования износостойкости и антифрикционных свойств металлополимерных пар, работающих в имитаторе морской воды........................................................ 84 Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Фесенко Э.О. Использование синергетической концепции при определении программы ЧПУ при токарной обработке........................................................................................ 98 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Соколов Р.А., Новиков В.Ф., Ковенский И.М., Муратов К.Р., Венедиктов А.Н., Чаугарова Л.З. Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С................................................................................................................................................................ 113 Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304........................ 127 Пугачева Н.Б., Николин Ю.В., Быкова Т.М., Горулева Л.С. Химический состав, структура и микротвердость многослойных высокотемпературных покрытий.................................................................................. 138 Сапрыкина Н.А., Чебодаева В.В., Сапрыкин А.А., Шаркеев Ю.П., Ибрагимов Е.А., Гусева Т.С. Синтез трехкомпонентного сплава на основе алюминия методом селективного лазерного плавления......................... 151 Габец Д.А., Марков А.М., Гурьев М.А., Письменный Е.А., Насырова А.К. Влияние комплексного модифицирования на структуру и свойства серого чугуна триботехнического назначения.................................. 165 Иванов И.В., Юргин А.Б., Насенник И.Е., Купер К.Э. Оценка остаточных напряжений в кристаллических фазах высокоэнтропийных сплавов системы AlxCoCrFeNi.......................................................................... 181 Коростелева Е.Н., Николаев И.О., Коржова В.В. Особенности формирования структуры спеченных порошковых материалов с использованием отходов металлообработки стальных заготовок............................... 192 Ерошенко А.Ю. Легостаева Е.В., Глухов И.А., Уваркин П.В., Толмачев А.И., Лугинин Н.А., Батаев В.А., Иванов И.В., Шаркеев Ю.П. Влияние деформационной обработки на микроструктуру и механические свойства сплава Ti-42Nb-7Zr......................................................................................................... 206 Кутькин О.М., Батаев И.А., Довженко Г.Д., Батаева З.Б. Использование метода синхротронной компьютерной ламинографии при изучении особенностей строения металлических сплавов (обзор исследований)...................................................................................................................................................................... 219 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 243 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 255 Корректор Л.Н. Ветчакова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 07.12.2022. Выход в свет 15.12.2022. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 32,0. Уч.-изд. л. 59,52. Изд. № 239. Заказ 321. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 24 No. 4 2022 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. We sincerely happy to announce that Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”), ISSN 1994-6309 / E-ISSN 2541-819X is selected for coverage in Clarivate Analytics (formerly Thomson Reuters) products and services started from July 10, 2017. Beginning with No. 1 (74) 2017, this publication will be indexed and abstracted in: Emerging Sources Citation Index. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Ukraine: Sergiy V. Kovalevskyy, D.Sc. (Engineering), Professor, Vice Rector for Research and Academic Affairs, Donbass State Engineering Academy, Kramatorsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Gerasenko, Director, Scientifi c and Production company “Mashservispribor”, Novosibirsk; Sergey V. Kirsanov, D.Sc. (Engineering), Professor, National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Evgeniy A. Kudryashov, D.Sc. (Engineering), Professor, Southwest State University, Kursk; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, Institute of Strength Physics and Materials Science, Russian Academy of Sciences (Siberian Branch), Tomsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 24 No. 4 2022 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Dyuryagin A.A., Ardashev D.V. A study of the relationship between cutting force and machined surface roughness with the feed per tooth when milling EuTroLoy 16604 material produced by the DMD method...................... 6 Ulakhanov N.S., Tikhonov A.G., Mishigdorzhiyn U.L., Ivancivsky V.V., Vakhrushev N.V. The features of residual stresses investigation in the hardened surface layer of die steels after diffusion boroaluminizing............... 18 Rubtsov V.E., Panfi lov A.O., Knyazhev E.O., Nikolaeva A.V., Cheremnov A.M., Gusarova A.V., Beloborodov V.A., Chumaevskii A.V., Ivanov A.N. Development of plasma cutting technique for C1220 copper, AA2024 aluminum alloy, and Ti-1,5Al-1,0Mn titanium alloy using a plasma torch with reverse polarity................ 33 Amirov A.I., Moskvichev E.N., Ivanov A.N., Chumaevskii A.V, Beloborodov V.A. Formation features of a welding joint of alloy Ti-5Al-3Mo-1V by the friction stir welding using heat-resistant tool from ZhS6 alloy....... 53 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Ardashev D.V., Zhukov A.S. Investigation of the relationship between the cutting ability of the tool and the acoustic signal parameters during profi le grinding..................................................................................................... 64 Bataev D. K-S., Goitemirov R. U., Bataeva P. D. Studies of wear resistance and antifriction properties of metalpolymer pairs operating in a sea water simulator........................................................................................................ 84 Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Fesenko E.O. Application of the synergistic concept in determining the CNC program for turning............................................................................................................................................ 98 MATERIAL SCIENCE Sokolov R.A., Novikov V.F., Kovenskij I.M., Muratov K.R., Venediktov A.N., Chaugarova L.Z. The effect of heat treatment on the formation of MnS compound in low-carbon structural steel 09Mn2Si................................ 113 Burkov А.А., Krutikova V.O. Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface...................... 127 Pugacheva N.B., NikolinYu.V., BykovaT.M., Goruleva L.S. Chemical composition, structure and microhardness of multilayer high-temperature coatings..................................................................................................................... 138 Saprykina N.А., Chebodaeva V.V., Saprykin A.А., Sharkeev Y.P., Ibragimov E.А., Guseva T.S. Synthesis of a three-component aluminum-based alloy by selective laser melting............................................................... 151 Gabets D.A., MarkovA.M., Guryev M.A., Pismenny E.A., NasyrovaA.K. The effect of complex modifi cation on the structure and properties of gray cast iron for tribotechnical application..................................................... 165 Ivanov I.V., Yurgin A.B., Nasennik I.E. Kuper K.E. Residual stress estimation in crystalline phases of highentropy alloys of the AlxCoCrFeNi system........................................................................................................... 181 Korosteleva E.N., Nikolaev I.O., Korzhova V.V. Features of the structure formation of sintered powder materials using waste metal processing of steel workpieces................................................................................. 192 EroshenkoA.Yu., Legostaeva E.V., Glukhov I.A., Uvarkin P.V., TolmachevA.I., Luginin N.A., Bataev V.A., Ivanov I.V., Sharkeev Yu.P. Effect of deformation processing on microstructure and mechanical properties of Ti-42Nb-7Zr alloy............................................................................................................................................. 206 Kutkin O.M., Bataev I.A., Dovzhenko G.D., Bataeva Z.B. The study of characteristics of the structure of metallic alloys using synchrotron radiation computed laminography (Research Review)................................ 219 EDITORIALMATERIALS 243 FOUNDERS MATERIALS 255 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 113 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Введение Процессы термической обработки во многом определяют итоговые свойства сталей. Известно, что для определенных марок стали в общем Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С Роман Соколов a,*, Виталий Новиков b, Илья Ковенский c, Камиль Муратов d, Анатолий Венедиктов e, Лариса Чаугарова f Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, г. Тюмень, 625000, Россия a https://orcid.org/0000-0001-5867-8170, falcon.rs@mail.ru, b https://orcid.org/0000-0002-1987-351X, vitaly.nowikov2017@yandex.ru, c https://orcid.org/0000-0003-3241-8084, kovenskijim@tyuiu.ru, d https://orcid.org/0000-0002-8079-2022, muratows@mail.ru, e https://orcid.org/0000-0002-6899-4297, annattoliy@gmail.com, f https://orcid.org/0000-0002-6376-2868, chaugarovalz@tyuiu.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2022 Том 24 № 4 с. 113–126 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-113-126 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 539.24 История статьи: Поступила: 20 июня 2022 Рецензирование: 11 июля 2022 Принята к печати: 08 сентября 2022 Доступно онлайн: 15 декабря 2022 Ключевые слова: РЭМ Микроструктура Соединение MnS Конструкционная сталь Неметаллические включения Размер зерна Благодарности: Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП «Структура, механические и физические свойства материалов» (соглашение с Минобрнаукой № 13.ЦКП.21.0034). АННОТАЦИЯ Введение. Свойства сталей определяются многими факторами, в том числе и процессом изготовления и последующей обработкой. Некоторые особенности данных процессов приводят к тому, что в стали кроме легирующих элементов, вводимых для получения определенного уровня физико-механических свойств, присутствуют и посторонние примеси, попадающие в нее на различных этапах. Посторонние элементы могут растворяться как в матрице основного материала, так и участвовать в образовании частиц неметаллических включений, выступающих в роли дефектов. Их наличие существенным образом сказываются на эксплуатационных характеристиках материала. Именно потому необходимо понимание процессов, приводящих к появлению неметаллических включений и влияющих на их форму. Цель работы: рассмотреть влияние термической обработки, приводящей к появлению ферритно-мартенситной структуры, на форму и размеры неметаллических включений; определить их влияние на физико-механические свойства материала. В работе исследованы образцы стали 09Г2С после термической обработки, изготовленные из листового проката. Методы исследования. Для исследования свойств и структуры стали 09Г2С в работе применялись: растровый электронный микроскоп – для изучения структуры материала, химического состава в локальной области и исследуемой площадке и определения скопления примесей элементов; программно-аппаратный комплекс SIAMS 800 – для сопоставления структуры материала с атласом микроструктур, определения балла зеренной структуры, различий в структурно-фазовом составе, возникающих при термической обработке; портативный рентгенофлуоресцентный анализатор металлов и сплавов X-MET 7000 – для определения химического состава исследуемых образцов в процентном отношении; твердомер по Виккерсу с предварительной нагрузкой 20 кг – для измерения твердости исследуемых образцов. Результаты и обсуждения. Обнаружено, что в низколегированной малоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С в большинстве случаев присутствуют неметаллические включения типа сульфид марганца, образующегося при процессе производства этой стали. При нагреве стали до температур межкритического перехода данное соединение образуется в области зеренных границ в виде сферических включений. Наличие включений существенным образом отражается на прочностных и коррозионных свойствах. Сульфид марганца выступает в роли точки зарождения процесса коррозии. Для цитирования: Влияние термической обработки на образование соединения MnS в низкоуглеродистой конструкционной стали 09Г2С / Р.А. Соколов, В.Ф. Новиков, И.М. Ковенский, К.Р. Муратов, А.Н. Венедиктов, Л.З. Чаугарова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 4. – С.113–126 . – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.4-113-126. ______ *Адрес для переписки Соколов Роман Александрович, аспирант, ассистент Тюменский индустриальный университет, ул. Володарского, 38, 625000, г. Тюмень, Россия Тел.: 8 (919) 925-88-47, e-mail: falcon.rs@mail.ru понимании не характерно применение некоторых процессов термической обработки ввиду их малого влияния на свойства стали. Например, для низкоуглеродистых сталей в обыденной практике не используют процесс закалки. Однако известны работы [1–5], в которых показано, что применение процесса закалки по температурному диапазону, соответствующему межкритическому интервалу, приводит к образованию двухфазных ферритно-мартенситных структур,
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 114 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ положительно сказывающихся на механических и коррозионных свойствах материала [5]. Однако кроме термической обработки на свойства материла влияет дефектность его структуры [6]. В работе [6] указывается на то, что в сталях помимо легирующих элементов, вводимых в их состав для получения определенного уровня свойств, присутствуют и посторонние примеси, попадающие в них на различных этапах металлургических процессов. При этом многие примеси (чаще всего это сера, кислород, марганец, кремний, кальций и др.) могут не только растворяться в матрице основного материала, но и участвовать в образовании частиц неметаллических включений [7]. Наличие включений в стали приводит к образованию мест, в которых действуют локальные внутренние напряжения. В работе [8] авторы считают, что внутренние напряжения, возникающие вблизи дефектов структуры, стимулируют миграцию в данную область точечных дефектов, что приводит к появлению скоплений точечных дефектов вокруг включения, а также их последующее разрастание и появление дискообразных скоплений вакансий. Этот процесс характерен для быстрого охлаждения материала. Например, при процессе закалки точечные и линейные дефекты структуры не успевают мигрировать к стокам, в качестве которых выступают поверхности тела, границы зерен. В результате происходит пересыщение матрицы дефектами. Таким образом, ввиду этого неметаллические включения существенным образом снижают механические свойства материала. Кроме этого в работах [9–12] указывается на то, что наличие в стали неметаллических включений различного состава напрямую влияет на скорость коррозии в локальных областях. Однако авторы в работе [9] отмечают, что при оценке содержания неметаллических включений стандартным методом [13] между процентным содержанием включений и коррозией в локальной области отсутствует корреляционная зависимость. В работах [11, 12] основной причиной аномально высоких скоростей коррозии нефтепромысловых трубопроводов называется загрязненность стали неметаллическими коррозионно-активными включениями [14], в качестве которых выступают включения на основе сульфида марганца. Наиболее распространенными марками сталей, из которых изготавливаются нефтепромысловые трубопроводы, являются 09Г2С и 15ХСНД. В таких сталях встречаются ситуации, когда на поверхности наблюдаются появления локальных очагов коррозии, которые часто имеют сферическую форму, что связано с наличием включений [14]. На основании вышеизложенного в данной работе было рассмотрено влияние термической обработки, приводящей к появлению ферритномартенситной структуры, на форму и размеры неметаллических включений, определяющих физико-механические свойства низколегированной малоуглеродистой стали 09Г2С. Методика исследований В работе исследовались образцы, изготовленные из листового проката, стали марки 09Г2С (С – 0,11 %, Si – 0,15 %, P – 0,05 %; S – <0,028; Cr – 0,07 %; Mn – 1,91 %; Ni – 0,11 %; Cu – 0,22 %). Изготовленные образцы имели следующие линейные размеры: 4,0×70,0×25,0 мм. Процесс термической обработки исследуемых образцов приведен в табл. 1. Измерение твердости исследуемых образцов проводилось на твердомере по Виккерсу Indentec Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Термическая обработка исследуемых образцов из стали 09Г2С Heat treatment of the 09Mn2Si steel samples Марка стали Steel grade Термическая обработка Heat treatment 09Г2С Нагрев до 930±20 °С закалка в воде / Heating up to 930±20 °С; water quenching. Отпуск при 200, 350, 500, 650 °С в течение одного часа, охлаждение на воздухе / Tempering at 200, 350, 500, 650 °С for 1 hour; air cooling
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 115 MATERIAL SCIENCE 6030LKV с предварительной нагрузкой 20 кг. Идентирование в каждый образец проводилось по пять раз. Погрешность измерения твердости согласно паспортным данным не превышает 1 %. Зеренная структура анализировалась в программном комплексе «SIAMS 700» и «SIAMS 800». Некоторые результаты отражены в работах [16, 17]. Получение микрофотографий и определение химических элементов в локальной области производилось при помощи растрового электронного микроскопа JEOL 6008A. Для выявления микроструктуры образцы были обработаны 3 %-м раствором азотной кислоты. Результаты и их обсуждение Микроструктура исследуемых образцов после различной термической обработки представлена на рис. 1, где слева представлены микрофотографии, полученные на исследуемых образцах; справа – микрофотографии из атласа микроструктур, характеризующие опорное изображение для идентификации. Буквами Ф обозначена ферритная фаза; П – перлит; М – мартенсит. Одним из основных показателей механических свойств стали является ее твердость, которая имеет корреляционную зависимость с пределом прочности [15]. Стоит отметить, что хотя по литературным данным рассматриваемая сталь не подвергается процессу закалки, получаемые на такой стали свойства значительно отличаются от изначальных. Величина твердости, приведенная в табл. 2, полученная на исследуемых образцах, представляет собой усреднённое по пяти измерениям значение. Из данных, приведенных в табл. 2, видно, что происходит немонотонное изменение величины твердости. При среднем и низком отпуске Рис. 1. Структура образцов в сравнении с микрофотографиями из атласа микроструктур, полученными при анализе в программе SIAMS 800: а – закалка; б – отпуск при 200 °С; в – отпуск при 650 °С Fig. 1. The structure of the samples obtained by analysis in the SIAMS 800 software and hardware complex in comparison with micrographs from the atlas of microstructures: a – water quenching; б – tempering at 200 °С; в – tempering at 650 °С а б в
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 116 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Т а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Твердость исследуемых образцов, изготовленных из стали 09Г2С Hardness of the 09Mn2Si steel samples Марка стали Steel grade Термическая обработка / Heat treatment HV20 09Г2С Закалка в воде / Water quenching 1515,86 Отпуск при 200 °С / Tempering at 200 °С; air cooling 1761,02 Отпуск при 350 °С / Tempering at 350 °С; air cooling 1558,48 Отпуск при 500 °С / Tempering at 500 °С; air cooling 858,52 Отпуск при 650 °С / Tempering at 650 °С; air cooling 516,3 наблюдается увеличение твердости, что, по всей видимости, связано с уменьшением числа зерен и увеличением их средней величины [16, 17], обусловливающими изменения внутренних напряжений. Затем происходят фазовые переходы, приводящие к появлению зерен новых фаз из-за процесса распада мартенситной структуры на феррит и перлит. Количество зерен увеличивается, однако средний размер уменьшается. В результате проведения микроанализа шлифа было установлено, что при закалке на исследуемых образцах, изготовленных из стали 09Г2С, наблюдается мартенситная структура с незначительным присутствием фазы феррита и перлита. В случае закалки основной исходной структурой, наблюдаемой на микрофотографиях, является мартенсит, возникающий в результате нагрева стали до межкритического интервала. Образование зародышей мартенсита происходит при охлаждении сплава из аустенитного состояния на межфазных границах исходной фазы феррит-цементит и на границах зерен феррита [30]. По мере нагрева, полученного в результате закалки неустойчивого мартенсита, происходит его распад на смесь феррита и цементита. При этом Mn концентрируется главным образом в карбидной фазе [29], в качестве которой в рассматриваемой структуре выступает цементит. Образующийся при закалке мартенсит имеет реечное или пакетное (дислокационное) строение. Кристаллы такого мартенсита представляют собой тонкие рейки толщиной 0,2…2 мкм, вытянутые в одном направлении. Совокупность параллельных друг другу вытянутых кристаллитов мартенсита образуют пакеты. Между собой мартенсит разделен тонкими прослойками остаточного аустенита толщиной 10…20 нм. Обе фазы имеют высокую плотность дефектов строения кристаллической решетки [25, 27, 31, 32]. В такой структуре дефекты в виде неметаллических включений сульфида марганца [14] в большинстве случаев имеют сферическую форму (рис. 2). Формирование соединения MnS происходит при наличии марганца и серы в составе стали. Происходит данный процесс из-за того, что сера, участвуя в химическом процессе, образует с железом соединение FeS при температуре плавления 988 ºС [18, 19]. Марганец, присутствующий в рассматриваемой стали (09Г2С), слабо растворим в сплавах железа и замещает его в указанном выше соединении, образуя при этом сульфид марганца. В результате диффузионных процессов и растворения крупных включений при выплавке и изготовлении проката в металле образуются полости, заполненные сульфидом марганца. В работе [25] указывается на то, что при увеличении содержания марганца в твердом растворе происходит снижение растворимости серы из-за протекания химической реакции между серой и марганцем, в результате которой образуется сульфид. При содержании серы порядка 0,023 % возрастает размер и число включений сульфида марганца [26]. Такие включения представляют собой коррозионно-активные области, способствующие росту скорости коррозии металла в локальной области. Связано это с тем, что связь между подобного рода включениями и металлической матрицей материала слаба, что приводит к удалению данного соединения и образованию полости на поверхности при внешнем воздействии. Из-за слабого диффузионного
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 24 No. 4 2022 117 MATERIAL SCIENCE Рис. 2. Структура образцов после закалки, полученная на растровом электронном микроскопе: а – режим съемки 1; б – режим съемки 2 Fig. 2. The structure of the samples after water quenching, obtained using a scanning electron microscope: a – shooting mode 1; б – shooting mode 2 а б отвода агрессивное действие коррозионной среды в данной области возрастает [20]. На рис. 3 представлен фрагмент трубы, изготовленный из стали 09Г2С, с наблюдаемыми коррозионными повреждениями, имеющими характерную форму питтингов. При отпуске происходит процесс распада мартенсита, приводящий к формированию ферритно-карбидной смеси с зернистой морфологией карбидов [20]. При этом протекающие процессы приводят к изменению формы включений от округлых к пластинчатым. Приближение структуры к равновесному состоянию сопровождается перераспределением элементов, которое происходит вследствие диффузных процессов, возникающих при нагреве исходной закаленной структуры, т. е. в условиях высокой плотности межфазных границ и малых путей диффузии через игольчатую смесь фаз [30]. При низком отпуске (200 ºС) происходит увеличение балла зерна мартенсита с 2 до 5. Области с фазой феррита и перлита практически не изменяются. При отпуске атомы углерода и других примесей, имеющихся в составе стали, диффундируют из пересыщенного твердого раствора мартенсита в структурные несовершенства кристаллического строения, такие как дислокации и межзеренные границы. В резуль-
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1