ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 4 2025 288 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Било угольных мельниц изготавливают из износостойкого чугуна или стали Гадфильда [1–3]. В условиях горнодобывающей промышленности материалы из стали Гадфильда часто подвергаются как сильным ударам, так и истиранию, что является весомым стимулом для более глубокого понимания износа, деформации и деформационного упрочнения различных высокомарганцовистых сталей в условиях высоких напряжений. Деформации и износ, возникающие в дробилках и мельницах для горных пород, можно разделить на две основные категории [4–15]: 1) деформация стальной поверхности под действием высоких напряжений и высокой скорости деформации, подобная ударной деформации, возникающая при ударе породы о поверхность и ее дроблении; 2) абразивное истирание под действием высоких напряжений, вызванное скольжением крупных и дробленых камней по поверхности. Материалы должны выдерживать повторяющиеся циклы высоких нагрузок, вызывающих царапины, вмятины, удары и минеральное дробление без преждевременного выхода из строя или критического сокращения срока службы. Высокопрочные стали могут обеспечить более длительный срок службы благодаря своей долговечности, чем большинство низкоуглеродистых сталей или конструкций с покрытием в этих условиях. Для этого применяют различные технологии модифицирования, термической обработки и поверхностной наплавки. Аустенитная высокомарганцовистая сталь Гадфильда (1,2 % углерода и 12 % марганца) занимает особое место среди износостойких высокоуглеродистых марганцевых сплавов [1–7]. Благодаря высокой вязкости и износостойкости сталь Гадфильда широко используется в различных промышленных приложениях (детали камнедробильных механизмов, железнодорожных стрелочных переездов, зубья ковшей экскаваторов, гусеничные траки и др.) [5–10]. В литературе сообщалось [1, 2, 7–18], что аустенитная марганцовистая сталь Гадфильда в литом состоянии содержит карбиды (Fe, Mn) 3C. Известно, что промышленной практикой является растворение карбидов материала перед использованием, так что карбиды (Fe, Mn) 3C переходят в раствор, давая полностью однофазную аустенитную структуру. Традиционная технология термообработки литых заготовок стали 110Г13Л, задействованная в большинстве металлургических компаний, состоит из отжига стали на твердый раствор при температуре 1050 °C в течение нескольких часов, а затем закаливания в воде. Из анализа литературы [1, 2, 5–17] видно, что при практическом применении деталей машин и механизмов, изготовленных из высокомарганцовистой стали, существует проблема низкой износостойкости из-за недостаточной способности к упрочнению в «мягких» условиях эксплуатации (небольшие ударные нагрузки или их полное отсутствие) [11, 12]. Учитывая этот недостаток, многие исследователи полагали, что изменение процентного содержания Mn и благоприятная термическая обработка могут улучшить свойства упрочнения в процессе эксплуатации. В работах [13–16] описана сталь со средним содержанием марганца (8–12 масс. %), показавшая низкие значения абразивной износостойкости. Механические свойства и износостойкость могут быть улучшены добавлением легирующих элементов Ti, Cr, Mo и V в сталь для достижения эффектов упрочнения раствором и дисперсионным осаждением [17–22]. Легирование, термическая обработка, упрочнение и износостойкость стали со средним содержанием марганца были систематически изучены в работах [23–27]. Результаты работ показали, что деформационно-индуцированное мартенситное превращение среднемарганцовистой стали имело эффект самоупрочнения при средних или низких приложенных нагрузках, и среднемарганцовистая сталь обладала лучшей износостойкостью, чем высокомарганцовистые, бейнитные и мартенситные стали [23–27]. Было исследовано [23–25] влияние старения на механические свойства и износостойкость стали со средним содержанием марганца, армированной частицами Ti (C, N). Кроме того, было проанализировано влияние морфологии, распределения и количества выделений на микроструктуру и механические свойства, описана взаимосвязь между механическими свойствами и механизмами износа, а также объяснено влияние механизмов упрочнения на деформационное упрочнение. Легирование стали может существенно влиять на механизмы деформации, способствуя
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1