ПОВЫШЕНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ АУСТЕНИТНОЙ СТАЛИ 12Х18Н10Т НАНОСТРУКТУРИРУЮЩЕЙ ФРИКЦИОННОЙ ОБРАБОТКОЙ
- Авторы: Макаров А.В.1,2,3, Скорынина П.А.2, Осинцева А.Л.2, Юровских А.С.3, Саврай Р.А.2
-
Учреждения:
- Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН
- Институт Машиноведения УрО РАН
- Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
- Выпуск: № 4 (2015)
- Страницы: 80-92
- Раздел: МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
- URL: https://journal-vniispk.ru/1994-6309/article/view/302183
- DOI: https://doi.org/10.17212/1994-6309-2015-4-80-92
- ID: 302183
Цитировать
Полный текст
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.
Об авторах
Алексей Викторович Макаров
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН; Институт Машиноведения УрО РАН; Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Email: avm@imp.uran.ru
ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620990, Россия; ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия; ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия
Полина Андреевна Скорынина
Институт Машиноведения УрО РАН
Email: skorynina@imach.uran.ru
ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия
Алевтина Леонтьевна Осинцева
Институт Машиноведения УрО РАН
Email: osintseva@imach.uran.ru
ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия
Артем Сергеевич Юровских
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина
Email: a.s.yurovskih@urfu.ru
ул. Мира, 19, Екатеринбург, 620002, Россия
Роман Анатольевич Саврай
Институт Машиноведения УрО РАН
Email: ras@imach.uran.ru
ул. Комсомольская 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия
Список литературы
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитных сталей // Физика металлов и металловедение. - 1992. - № 8. - С. 3-21.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
Дополнительные файлы
