ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Литая высокомарганцевая сталь обладает превосходным упрочнением и высокой ударной вязкостью, что делает её хорошо подходящей для применения в условиях ударного износа. На ранних стадиях эксплуатации стали может происходить значительный износ, прежде чем вблизи поверхности разовьётся достаточное упрочнение. Для уменьшения этого начального износа в данном исследовании изучаются микроструктурные характеристики упрочнённого слоя, образованного в результате дробеструйной обработки, и её влияние на износ. Цель работы – исследовать влияние предварительной деформации стали после дробеструйной обработки на твердость и абразивный износ. Методы исследования. Образцы из стали 110Г13Л подвергались дробеструйной обработке на машине с площадью обработки 100 % поверхности образца. Использовался литой стальной шар номинальным диаметром 2 мм, а направление воздействия на поверхность образца ограничивалось 85°. Давление воздуха составляло 0,35…0,50 МПа, продолжительность обработки 5…120 мин. Микротвердость по Виккерсу измеряли микротвердометром при приложенной нагрузке 0,49 Н в течение 10 с. Морфологию изношенной поверхности исследовали с помощью оптического и сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Профиль износа поверхности измерялся оптическим профилометром. Структуру поверхности образца исследовали методом рентгеновской дифракции (XRD) с Cu-Kα на дифрактометре Shimadzu XRD-7000. Результаты и обсуждения. Сильную неоднородную пластическую деформацию можно наблюдать на глубине около 60 мкм от верхней поверхности. Показано, что поверхностные слои образцов после дробеструйной обработки состоят из аустенита без каких-либо мартенситных превращений. Для подтверждения того, происходит ли превращение аустенита в мартенсит, индуцированный напряжением, в деформационных двойниковых слоях, образованных в результате воздействия стальной дроби, микроструктура поперечного сечения под поверхностью была проанализирована методом EBSD. Твердость поверхности для исходного образца из стали 110Г13Л повышается 1,2…2,5 раза после различной длительности обработки. Отмечено, что абразивная стойкость при испытаниях на износ возрастает после дробеструйной обработки. Характер износа по типу резания является доминирующим для исходного необработанного образца. Однако для образца после дробеструйной обработки морфология со следами резания полностью исчезла. Испытания на абразивный износ показывают, что большая максимальная твёрдость в упрочнённом слое соответствует меньшей потере при износе. Эти результаты демонстрируют, что дробеструйная обработка эффективно повышает износостойкость высокомарганцевой литой стали, способствуя образованию упрочнённого поверхностного слоя.

1. Design of low hardness abrasion resistant steels / X. Xu, W. Xu, F.H. Ederveen, S. van der Zwaag // Wear. – 2013. – Vol. 301 (1–2). – P. 89–93. – DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.002.

2. Андреев Е.Е., Тихонов О.Н. Дробление, измельчение и подготовка сырья к обогащению. – СПб.: СПбГИ, 2007. – 439 с.

3. Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование абразивной износостойкости порошковых проволок при наплавке на высокомарганцовистую сталь Гадфильда // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 4. – С. 287–308. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.4-287-308.

4. Исследование механизмов абразивного и ударно-абразивного изнашивания высокомарганцевой стали / В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин, В.П. Чернов, Н.А. Феоктистов, Д.А. Горленко, В.К. Дубровин // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. – 2017. – Т. 15, № 2. – C. 54–62. – DOI: 10.18503/1995-2732-2017-15-2-54-62.

5. Effects of impact energy on the wear resistance and work hardening mechanism of medium manganese austenitic steel / H. Chen, D. Zhao, Q. Wang, Y. Qiang, J. Qi // Friction. – 2017. – Vol. 5 (4). – P. 447–454. – DOI: 10.1007/s40544-017-0158-6.

6. Adapting medium manganese steels for different wear conditions: insights from aluminum modification / L.L. Xu, Z.B. Zheng, H.K. Yang, Z.B. Xu, J. Long, S. Wang, S.Y. Zhao, H.Y. Wang // Journal of Iron and Steel Research International. – 2025. – Vol. 32. – P. 3504–3519. – DOI: 10.1007/s42243-025-01516-2.

7. Разработка износостойких деталей из высокомарганцевой модифицированной стали 110Г13Л / Ш.М. Чоршанбиев, К.А. Каримов, Ш.Р. Адилова, Н.Д. Тураходжаев, A. Еркинджонов, М.М. Мирмухамедов, Дж.Х. Шарипов, З.Р. Обидов, Х. Комолов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2024. – Т. 17 (2). – С. 175–185.

8. Simulation of front end loader bucket–soil interaction using discrete element method / E.G. Nezami, Y.M. Hashash, D. Zhao, J. Ghaboussi // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. – 2007. – Vol. 31 (9). – P. 1147–1162. – DOI: 10.1002/nag.594.

9. Review of the modeling methods of bucket tooth wear for construction machinery / Z. Dong, F. Jiang, Y. Tan, F. Wang, R. Ma, J. Liu // Lubricants. – 2023. – Vol. 11. – P. 253. – DOI: 10.3390/lubricants11060253.

10. Вдовин К.Н., Феоктистов Н.А., Хабибуллин Ш.М. Исследование процесса эксплуатации литых броней из стали марки 110Г13Л в мельнице МПСИ – 70x23 // Литейные процессы. – 2013. – № 12. – С. 8–11.

11. Синицын Н.И., Чикова О.А., Чезганов Д.С. Влияние разрушения микрогетерогенности на микроструктуру и кристаллическое строение слитков стали 110Г13Л (Стали Гадфильда) // Черные металлы. – 2020. – № 1. – С. 36–42.

12. Kwok T.W.J., Dye D. A review of the processing, microstructure and property relationships in medium Mn steels // International Materials Reviews. – 2023. – Vol. 68 (8). – P. 1098–1134. – DOI: 10.1080/09506608.2023.2199617.

13. Мулявко Н.М. Анализ эксплуатационной стойкости отливок из стали 110Г13Л // Известия Челябинского научного центра УрО РАН. – 2001. – № 4. – С. 28–30.

14. Recent advances in medium-manganese steel: a review of key findings, challenges, and future perspectives / S. Mohapatra, B. Satpathy, A. Sarkar, S. Kumar, S. Aich, M.S. Oh // Journal of Materials Science. – 2025. – Vol. 60 (23). – P. 9447–9528. – DOI: 10.1007/s10853-025-11010-5.

15. Park G., Jeong S., Lee C. Fusion weldabilities of advanced high manganese steels: a review // Metals and Materials International. – 2021. – Vol. 27 (7). – P. 2046–2058. – DOI: 10.1007/s12540-020-00706-9.

16. Hardening by transformation and cold working in a Hadfield steel cone crusher liner / R. Allende-Seco, A. Artigas, H. Bruna, L. Carvajal, A. Monsalve, M.F. Sklate-Boja // Metals. – 2021. – Vol. 11. – P. 961. – DOI: 10.3390/met11060961.

17. Effect of surface work hardening on wear behavior of Hadfield steel / W. Yan, L. Fang, K. Sun, Y. Xu // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 460–461. – P. 542–549. – DOI: 10.1016/j.msea.2007.02.094.

18. Уточнение механизма фазовых и структурных превращений в стали 110Г13Л в интервале температур нагрева образцов под закалку от 920 °С до 1100 °С / А.Е. Балановский, Е.А. Гусева, М.В. Константинова, Ю.И. Карлина // Черные металлы. – 2023. – № 8. – С. 18–25. – DOI: 10.17580/chm.2023.08.03.

19. Microstructure and wear behavior of high-Mn austenitic cast steel hardened by air blast shot-peening / H.K.L. Ngo, T. Okuyama, K. Yamamoto, M. Nakayama, M. Kudo, K. Mizuno, Y. Yagi // International Journal of Metalcasting. – 2025. – Vol. 20. – P. 1837–1850. – DOI: 10.1007/s40962-025-01699-0.

20. Возможности метода дифракции обратно-рассеянных электронов для анализа структуры деформированных материалов / В.Н. Варюхин, Е.Г. Пашинская, А.В. Завдовеев, В.В. Бурховецкий. – Киев: Наукова думка, 2014. – 102 с. – DOI: 10.13140/2.1.5016.6720.

21. Advancements in EBSD techniques: A comprehensive review on characterization of composites and metals, sample preparation, and operational parameters / S. Doddapaneni, S. Kumar, S. Sharma, G. Shankar, M. Shettar, N. Kumar, G. Aroor, S.M. Ahmad // Journal of Composites Science. – 2025. – Vol. 9 (3). – P. 132. – DOI: 10.3390/jcs9030132.

22. Harada Y., Fukaura K., Haga S. Influence of microshot peening on surface layer characteristics of structural steel // Journal of Materials Processing Technology. – 2007. – Vol. 191 (1–3). – P. 297–301. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2007.03.026.

23. Fatigue behavior of notched steel specimens with nanocrystallized surface obtained by severe shot peening / S. Bagherifard, I. Fernandez-Pariente, R. Ghelichi, M. Guagliano // Materials & Design. – 2013. – Vol. 45. – P. 497–503. – DOI: 10.1016/j.matdes.2012.09.025.

24. Effect of surface nanocrystallization on abrasive wear properties in Hadfield steel / W. Yan, L. Fang, Z. Zheng, K. Sun, Y. Xu // Tribology International. – 2009. – Vol. 42 (5). – P. 634–641. – DOI: 10.1016/j.triboint.2008.08.012.

25. Peening techniques for surface modification: processes, properties, and applications / M. John, P.R. Kalvala, M. Misra, P.L. Menezes // Materials. – 2021. – Vol. 14 (14). – P. 3841. – DOI: 10.3390/ma14143841.

26. Swietlicki A., Szala M., Walczak M. Effects of shot peening and cavitation peening on properties of surface layer of metallic materials – A short review // Materials. – 2022. – Vol. 15. – P. 2476. – DOI: 10.3390/ma15072476.

27. Yang G., Kim J.-K. An overview of high yield strength twinning-induced plasticity steels // Metals. – 2021. – Vol. 11. – P. 124. – DOI: 10.3390/met11010124.