ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫ
Print ISSN: 1994-6309    Online ISSN: 2541-819X
English | Русский

Последний выпуск
Том 20, № 3 Июль - Сентябрь 2018

Повышение трибологических свойств аустенитной стали 12Х18Н10Т наноструктурирующей фрикционной обработкой

Выпуск № 4 (69) Октябрь - Декабрь 2015
Авторы:

Макаров Алексей Викторович,
Скорынина Полина Андреевна,
Осинцева Алевтина Леонтьевна,
Юровских Артем Сергеевич,
Саврай Роман Анатольевич
DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1994-6309-2015-4-80-92
Аннотация
Низкие прочностные свойства коррозионностойких аустенитных хромоникелевых сталей не могут быть улучшены термической обработкой. Поверхностные деформационные упрочняющие обработки (ультразвуковые ударные, дробеструйная и др.) часто не обеспечивают высокого качества обработанной поверхности. Поэтому первостепенная задача заключается в создании и совершенствовании методов финишной обработки, обеспечивающих наряду с эффективным деформационным упрочнением получение высококачественной поверхности аустенитных сталей. Это имеет особое значение для прецизионных деталей трибосопряжений.

Изучено влияние фрикционной обработки полусферическим индентором из синтетического алмаза на фазовый состав, структуру, микромеханические и трибологические характеристики поверхностных слоев метастабильной аустенитной стали 12Х18Н10Т (масс. %: 0,10 С; 17,72 Cr; 10,04 Ni; 0,63 Ti; 1,33 Mn; 0,57 Si; 0,227 Mo; 0,064 Co; 0,014 Nb; 0,057 Cu; 0,031 P; 0,014 S; остальное Fe). Установлено, что при фрикционной обработке аустенитной стали формируется качественная поверхность с низким значением параметра шероховатости (Ra ≈ 100 нм). При этом в поверхностном слое возникают нанокристаллические и фрагментированные субмикрокристаллические мартенситно-аустенитные структуры, достигается высокий уровень упрочнения поверхности (710 HV0,025), а также существенное снижение интенсивности изнашивания и коэффициента трения в условиях сухого трения скольжения. Обнаруженное резкое повышение наноструктурирующей фрикционной обработкой трибологических свойств аустенитной стали на начальном этапе трения связано с ограничением развития на наноструктурированной поверхности процессов схватывания и сменой механизма изнашивания – от схватывания к пластическому оттеснению. Обосновано использование метода кинетического микроиндентирования для анализа повышенного сопротивления наноструктурированного слоя с мартенситно-аустенитной структурой пластическому деформированию при адгезионном изнашивании.
Ключевые слова: аустенитная нержавеющая сталь, фрикционная обработка, нанокристаллическая структура, мартенсит деформации, микроиндентирование, трение скольжения, трибологические свойства.

Список литературы
1. Sun Y. Sliding wear behavior of surface mechanical attrition treated AISI 304 stainless steel // Tribology International. – 2013. – Vol. 57. – P. 67–75. – doi:10.1016/j.triboint.2012.07.015.

2. Influence of peening on corrosion properties of AISI 304 stainless steel / H. Lee, D. Kim, J. Jung, Y. Pyoun, K. Shin // Corrosion science. – 2009. – Vol. 51, iss. 12. – P. 2826–2830.

3. Mordyuk B.N., Prokopenko G.I. Ultrasonic impact peening for the surface properties’ management // Journal of Sound and Vibration. – 2007. – Vol. 308, iss. 3–5. – P. 855–866. – doi: 10.1016/j.jsv.2007.03.054.

4. Бараз В.Р., Картак Б.Р., Минеева О.Н. Особенности фрикционного упрочнения аустенитной стали с нестабильной γ-фазой // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2010. – № 10. – С. 20–22.

5. Improvement in cavitation erosion resistance of AISI 316L stainless steel by friction stir processing / M. Hajian, A. Abdollah-zadeh, S.S. Rezaei-Nejad, H. Assadi, S.M.M. Hadavi, K. Chung, M. Shokouhimehr // Applied Surface Science. – 2014. – Vol. 308. – P. 184–192. – doi: 10.1016/j.apsusc.2014.04.132.

6. Влияние упрочняющей фрикционной обработки на химический состав, структуру и трибологические свойства высокоуглеродистой стали / А.В. Макаров, Л.Г. Коршунов, В.Б. Выходец, Т.Е. Куренных, Р.А. Саврай // Физика металлов и металловедение. – 2010. – Т. 110, № 5. – С. 530–544.

7. Effect of hardening friction treatment with hard-alloy indenter on microstructure, mechanical properties, and deformation and fracture features of constructional steel under static and cyclic tension / A.V. Makarov, R.A. Savrai, N.A. Pozdejeva, S.V. Smirnov, D.I. Vichuzhanin, L.G. Korshunov, I.Yu. Malygina // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 205, iss. 3. – P. 841–852. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2010.08.025.

8. Повышение износостойкости закаленной конструкционной стали наноструктурирующей фрикционной обработкой / А.В. Макаров, Н.А. Поздеева, Р.А. Саврай, А.С. Юровских, И.Ю. Малыгина // Трение и износ. – 2012. – Т. 33, № 6. – С. 444–455.

9. Соболева Н.Н., Макаров А.В., Малыгина И.Ю. Упрочняющая фрикционная обработка NiCrBSi лазерного покрытия // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2013. – № 4 (61). – С. 79–85.

10. Структура, механические характеристики, особенности деформирования и разрушения при статическом и циклическом нагружении закаленной конструкционной стали, подвергнутой комбинированной деформационно-термической наноструктурирующей обработке / А.В. Макаров, Р.А. Саврай, Э.С. Горкунов, А.С. Юровских, И.Ю. Малыгина, Н.А. Давыдова // Физическая мезомеханика. – 2014. – Т. 17, № 1. – С. 5–20.

11. Упрочнение и повышение качества поверхности деталей из аустенитной нержавеющей стали алмазным выглаживанием на токарно-фрезерном центре / В.П. Кузнецов, А.В. Макаров, А.Л. Осинцева, А.С. Юровских, Р.А. Саврай, С.А. Роговая, А.Е. Киряков // Упрочняющие технологии и покрытия. – 2011. – № 11. – С. 16–26.

12. Трибологические аспекты наноструктурирующего выглаживания конструкционных сталей / В.П. Кузнецов, А.В. Макаров, С.Г. Псахье, Р.А. Саврай, И.Ю. Малыгина, Н.А. Давыдова // Физическая мезомеханика. – 2014. –Т. 17, № 3. – С. 14–30.

13. Структурные превращения, упрочнение и износостойкость никелида титана при адгезионном и абразивном изнашивании / Л.Г. Коршунов, В.Г. Пушин, Н.Л. Черненко, В.В. Макаров // Физика металлов и металловедение. – 2010. – Т. 110, № 1. – С. 94–105.

14. Evolution of friction-induced microstructure of SUS 304 metastable austenitic stainless steel and its influence on wear behavior / X. Wei, M. Hua, Z. Xue, Z. Gao, J. Li // Wear. – 2009. – Vol. 267, iss. 9/10. – P. 1386–1392. – doi:10.1016/j.wear.2008.12.068.

15. Wang X.Y., Li D.Y. Mechanical, electrochemical and tribological properties of nanocrystalline surface of 304 stainless steel // Wear. – 2003. – Vol. 255, iss. 7–12. – P. 836–845. – doi: 10.1016/S0043-1648(03)00055-3.

16. Hashemi B., Rezaee Yazdi M., Azar V. The wear and corrosion resistance of shot peened–nitrided 316L austenitic stainless steel // Materials and Design. – 2011. –Vol. 32, iss. 6. – P. 3287–3292. – doi: 10.1016/j.matdes.2011.02.037

17. Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. – 1992. – № 8. – С. 3–21.

18. The influence of strain rate on the microstructure transition of 304 stainless steel / A.Y. Chen, H.H. Ruan, J. Wang, H.L. Chan, Q. Wang, Q. Li, J. Lu // Acta Materialia. – 2011. – Vol. 59, iss. 9. – P. 3697–3709. – doi: 10.1016/j.actamat.2011.03.005.

19. Wang W., Hua M, Wei X. Friction behavior of SUS 304 metastable austenitic stainless steel sheet against DC 53 die under the condition of friction coupling plastic deformation // Wear. – 2011. – Vol. 271, iss. 7/8. – P. 1166–1173. – doi: 10.1016/j.wear.2011.05.023.

20. Напряженно-деформированное состояние и поврежденность при фрикционной упрочняющей обработке плоской стальной поверхности скользящим цилиндрическим индентором / Д.И. Вичужанин, А.В. Макаров, С.В. Смирнов, Н.А. Поздеева, И.Ю. Малыгина // Проблемы машиностроения и надежности машин. – 2011. – № 6. – С. 61–69.

21. Cheng Y.T., Cheng C.M. Relationships between hardness, elastic modulus and the work of indentation // Applied Physics Letters. – 1998. – Vol.73, N 5. – P. 614–618. – doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.121873.

22. Page T.F., Hainsworth S.V. Using nanoindentation techniques for the characterization of coated systems: a critique // Surface and Coatings Technology. – 1993. – Vol. 61, iss. 1–3. – P. 201–208. – doi: 10.1016/0257-8972(93)90226-E.

23. Petrzhik M.I., Levashov E.A. Modern methods for investigating functional surfaces of advanced materials by mechanical contact testing // Crystallography Reports. – 2007. – Vol. 52, iss. 6. – P. 966–974. – doi: 10.1134/S1063774507060065.

24. Mayrhofer P.H., Mitterer C., Musil J. Structure-property relationships in single- and dual-phase nanocrystalline hard coatings // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 174/175. – P.725–731. – doi: 10.1016/S0257-8972(03)00576-0.

25. Tribology – lubrication, friction, and wear / ed. by I.V. Kragelsky, V.V. Alisin. – London: London, Wiley & Sons, 2001. – 948 p. – ISBN 978-1-86058-288-2.
Просмотров: 722