Анотація до роботи:

Малишева І. Ю. Підвищення абразивної та ударно-абразивної зносостійкості сталей і чавунів за рахунок метастабільного аустеніту. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.01 – Металознавство і термічна обробка металів. – Приазовський державний технічний університет Міністерства освіти і науки України, Маріуполь, 2004 р.

Дисертація присвячена питанню підвищення абразивної й ударно-абразивної зносостійкості сталей і чавунів, що широко застосовуються у промисловості, а також розроблених, за рахунок раціональних режимів обробок, що використовують внутрішні ресурси самого матеріалу при реалізації деформаційного мартенситного перетворення.

Перспективним напрямком у підвищенні зносостійкості матеріалів, що працюють в умовах абразивного й ударно-абразивного зношування, є використання принципу одержання в структурі сталей і чавунів метастабільного аустеніту, що перетворюється при навантаженні в мартенсит деформації, вперше запропонованого І.М. Богачевим.

На великій кількості сталей і чавунів встановлена залежність абразивної, ударно-абразивної зносостійкості і механічних властивостей від кількості і стабільності аустеніту, отриманого після різних режимів обробок. При визначенні зносостійкості враховувався коефіцієнт динамічності.

Установлено, що існуюча в літературі точка зору про те, що для підвищення зносостійкості при абразивному впливі необхідно мати мартенситно-карбідну структуру з високою твердістю не завжди є вірною. У розглянутих випадках при К_д = 1,1 для забезпечення високого опору абразивному впливу необхідно одержувати в структурі поряд з іншими складовими (відпущеним мартенситом, нижнім бейнітом і карбідами) можливо більшу кількість метастабільного залишкового аустеніту ( 25 %), що майже цілком перетворюється в мартенсит деформації під впливом абразивних часток. Навпаки, при великих значеннях К_д = 2,7 у структурі варто одержувати невелику кількість аустеніту ( 20 %), або його максимальна кількість ( 60 %) підвищеної стабільності (у високолегованих манганцевих сталях).

Для підвищення рівня абразивної та ударно-абразивної зносостійкості необхідно піддавати цементації і наступній термообробці не тільки маловуглецеві спеціально для цього розроблені сталі, але і будівельні, середньовуглецеві машинобудівні і високовуглецеві інструментальні, а також високолеговані сталі спеціального призначення. У їхньому поверхневому шарі варто одержувати поряд з іншими складовими залишковий аустеніт і регулювати його кількість і ступінь стабільності, стосовно до конкретних умов навантаження, що характеризуються коефіцієнтом динамічності.

Вірогідність висновків і рекомендацій роботи підтверджується великою кількістю експериментальних даних, гарною відтворюваністю результатів, впровадженням і промисловим випробуванням результатів досліджень.

Дано рекомендації з вибору раціональних режимів обробок сталей і чавунів, що широко застосовуються у промисловості, для підвищення їхньої зносостійкості в залежності від хімічного, фазового складів і умов навантаження, що характеризуються коефіцієнтом динамічності.

Результати роботи впроваджені для бив дробарок цеху підготовки вогнетривів на ВАТ «Маріупольський металургійний комбінат імені Ілліча» з очікуваним економічним ефектом 77640 грн і пройшли промислове випробування в умовах ВАТ «Маріупольський завод важкого машинобудування» з очікуваним економічним ефектом 18350 грн.

1. У дисертації приведені теоретичне узагальнення і нове рішення наукової задачі використання деформаційних мартенситних перетворень для підвищення абразивної й ударно-абразивної зносостійкості широко застосовуваних у промисловості сталей і чавунів.

2. На підставі проведених досліджень запропоновано значно підвищувати температури нагрівання під загартування (на 150 –200 С вище А_С3 для доевтектоїдних сталей і А_С1 – для заевтектоїдних) у порівнянні зі температурами, які звичайно застосовуються, для одержання в структурі сталей залишкового аустеніту. Вибором температури нагрівання під загартування можна регулювати кількість і стабільність аустеніту і тим підвищувати зносостійкість у різних умовах навантаження.

3. Експериментально встановлено, що абразивна й ударно-абразивна зносостійкість істотно залежать від режиму ізотермічного загартування та кількості і ступеня стабільності залишкового аустеніту: абразивна зносостійкість найбільша при мінімальних витримках і найбільшій кількості (до 30 %) аустеніту та знижується при збільшенні витримки й зменшенні частки аустеніту. Ударно-абразивна зносостійкість змінюється в протилежному напрямку.

4. Плазмова поверхнева обробка дозволяє підвищувати зносостійкість сталей за рахунок одержання в структурі зміцненого шару залишкового аустеніту, а не тільки дисперсного мартенситу з підвищеним змісту вуглецю і карбідів у структурі. Режимами обробки можна досягати підвищеного (у порівнянні зі звичайним загартуванням) кількості метастабільного аустеніту і приросту мартенситу деформації при абразивному зношуванні.

5. Для підвищення абразивної й ударно-абразивної зносостійкості необхідно піддавати цементації не тільки маловуглецеві цементовані стали, як це прийнято у даний час, але і будівельні, средньовуглецеві машинобудівні і високовуглецеві інструментальні, а також високолеговані спеціальні сталі. У їхньому поверхневому шарі доцільно одержувати після термообробки поряд з мартенситом і карбідами метастабільний аустеніт і регулювати його кількість і стабільність зміною температури нагрівання під загартування, враховуючи К_д.

6. Встановлено, що застосовуючи різні режими обробок і регулюючи ними кількість (від 0 до 100 %) і ступінь стабільності аустеніту в низьковуглецевих манганцевих сталях можна забезпечити більш високу зносостійкість при різних умовах навантаження, ніж у сталі 110Г13Л, а також гарну оброблюваність різанням і сполучення властивостей.

7. Запропоноване використовувати деформаційне мартенситне перетворення для підвищення абразивної й ударно-абразивної зносостійкості високоміцного чавуну ВЧ-50 і економнолегованих чавунів 220Х2Г(2-6). Для одержання високого рівня абразивної зносостійкості необхідний великий приріст мартенситу деформації, тобто аустеніт повинний бути метастабільним, а для підвищення ударно-абразивної зносостійкості, навпаки, аустеніт повинен мати підвищений ступінь стабільності і приріст мартенситу деформації повинний бути 10-15 %.

8. Узагальнено способи підвищення зносостійкості при різних К_д і показано, що необхідно при цьому враховувати не тільки кількість та ступінь стабільності залишкового аустеніту, але і вплив інших факторів, а саме: розміру зерна, змісту вуглецю в аустеніті і, відповідно, у мартенситі деформації, що впливає на його властивості, а також здатність до зміцнення залишкового аустеніту і динамічного старіння мартенситу.

9. По рекомендаціях, запропонованих у дисертаційній роботі, була проведена обробка бив дробарок зі сталі 130Г7ТЛ цеху підготовки вогнетривів ВАТ «Маріупольський металургійний комбінат імені Ілліча». Промислові іспити показали підвищення їхньої довговічності в 1,5 рази в порівнянні з базовими. Очікуваний економічний ефект склав 77640 грн. Також була проведена обробка партії шестірень на ВАТ ''Маріупольський завод важкого машинобудування''. Промислові іспити показали підвищення їхньої зносостійкості в 1,5 рази й очікуваний економічний ефект склав 18350 грн.

Публікації автора:

1. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Абразивная и ударно-абразивная износостойкость цементированных сталей с повышенным содержанием углерода после термообработки // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. – Маріуполь, 2000. – Вип. 9.- С. 89-92. (автором досліджено структуру цементованих сталей та вплив обробок на їх зносостійкість).

2. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Использование эффекта самозакалки при нагружении, регулирование структуры и мартенситного превращения для повышения износостойкости экономнолегированных чугунов // Металл и литье Украины. – 2001. - № 10-11. – С. 12-14. (автором узагальнені результати досліджень щодо впливу термообробки на структуру та властивості економнолегованих чавунів).

3. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Влияние фазового состава и термической обработки на износостойкость низкоуглеродистых марганцовистых сталей // Металл и литье Украины. – 2001. - № 12. – С. 9-12. (проведена цементація й термообробка та досліджено їх вплив на мікроструктуру і зносостійкість сталей).

4. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Получение в структуре сталей и чугунов метастабильного аустенита с целью повышения абразивной и ударно-абразивной износостойкости // Вісник Приазов. держ. техн. ун-ту: Зб. наук. пр. – Маріуполь, 2001. – Вип. 11. – С. 96-100. (узагальнені результати досліджень щодо підвищення механічних та службових властивостей сталей і чавунів).

5. Малинов Л.С., Малышева И.Е., Бруй В. Влияние количества и стабильности остаточного аустенита на износостойкость сталей 55С2, 6ХС и высокопрочного чугуна ВЧ-50, подвергнутых изотермической закалке // Металл и литье Украины. – 2002. - № 7-8. - С. 54-57. (автором досліджено вплив изотермічного загартування на фазовий склад та зносостійкість в різних умовах навантаження).

6. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости сталей за счет режимов термической термообработки, обеспечивающих эффект самозакалки при нагружении // Захист металургійних машин від поломок: Зб. наук. пр. – Вип. 5. – Маріуполь, 2000. – С. 246-250. (автором визначено режими обробок та проведено випробування на довговічність сталі 10Г12 і високоміцного чавуну).

7. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Регулирование количества метастабильного аустенита в структуре сталей и чугунов для повышения их абразивной и ударно-абразивной износостойкости // Прогрессивные технологии и системы машиностроения: Международный сб. научных трудов. – Донецк: ДонГТУ, 2001. – Вып. 17. – С. 36-41. (автором проведена термообробка та досліджено її вплив на експлуатаційні властивості сталей і чавунів).

8. Малышева И.Е., Малинов Л.С. Влияние термической обработки на износостойкость высокопрочного чугуна ВЧ-50 // Мир техники и технологий. – 2004. - №1. – С. 40-41. (автором досліджено вплив термообробки на фазовий склад, мікроструктуру та зносостійкість в різних умовах навантаження).

9. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Абразивная и ударно-абразивная износостойкость сталей 10Г2ФБ и 12Х13 после цементации и последующей термообработки // Сб. тр. Международн. науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века». – Том 2. - Севастополь. – Сентябрь, 2002. – С.74-78. (проведена обробка сталей, досліджено її вплив на мікроструктуру та зносостійкість).

10. Малышева И.Е., Малинов Л.С. Влияние термической обработки на износостойкость высокопрочного чугуна ВЧ-50 // Сб. тр. Международн. науч.-техн. конф. «Машиностроение и техносфера XXI века». – Том 2. - Севастополь. – Сентябрь, 2003. – С. 200-204. (проведена термообробка та випробування на абразивну й ударно-абразивну зносостійкість).

11. Малинов Л.С., Малышева И.Е., Василенко Л.Л. Повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости средне- и высокоуглеродистых сталей за счет получения в поверхностном слое метастабильного аустенита // Зб. наук. пр. VIII Міжнар. наук.-техн. конф. «Нові конструкційні сталі і стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів». – Запоріжжя. – Жовтень 2000 р. – С. 18-20. (досліджено мікроструктура цементованих сталей та абразивна і ударно-абразивна зносостійкість).

12. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости экономнолегированных хромомарганцевых чугунов 220Х2Г(2-6) за счет получения в их структуре метастабильного аустенита // Тез. докл. IX Международн. наук.-техн. конф. “Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности”. – Запорожье: ЗНТУ. – Сент., 2003. – С.109-110. (автором проведено підготовка експерименту, дослідження структури та зносостійкості чавунів).

13. Малишева І.Ю., Малінов Л.С. Підвищення зносостійкості сталей та чавунів за рахунок отримання в їх структурі метастабільного аустеніту // Тези докл. Всеукраїнської конференції студентів і молодих науковців з теоретичної та експериментальної фізики “Еврика – 2003”. – Львів. – Травень, 2003. – С. 35. (автором узагальнені результати досліджень щодо впливу метастабільного аустениту на структуру та зносостійкість сталей і чавунів).

14. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Получение в структуре цементированных сталей с повышенным содержанием углерода остаточного аустенита для повышения износостойкости // Сб. науч. тр. «Строительство, материаловедение, архитектура». – Днепропетровск, 2000. - Вып. 10. – С. 42. (автором підготовлено експеримент, досліджено структури сталей).

15. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Влияние обработок на абразивную износостойкость стали 14Х14Г12Ф // Сб. науч. тр. «Строительство, материаловедение, архитектура». – Днепропетровск, 2003. – Вып. 13. – С. 169-170. (досліджено вплив обробок на структуру і абразивну зносостійкість).

16. Малинов Л.С., Малышева И.Е., Василенко Л.Л. Влияние термической и химико-термической обработок на абразивную и ударно-абразивную износостойкость конструкционных сталей // Тез. докл. VI регион. науч.-техн. конф., посвящ. 100-летию со дня рожд. проф. Казанцева И.Г. (сент. 1999). – ПГТУ. –Мариуполь, 1999. – Т.1. – С. 100. (автором проведена термообробка та вивчена мікроструктура сталей).

17. Малинов Л.С., Малинов В.Л., Малышева И.Е. Влияние обработок на абразивную износостойкость стали 14Х14Г12Ф с метастабильным аустенитом, применяемой в виде проволоки для наплавки быстроизнашивающихся деталей машин // Современные достижения в области сварки, наплавки и родственных технологий: Тез. докл. научного семинара. – Мариуполь, 2000. – С. 82-83. (автором проведена термообробка та випробування на абразивний знос).

18. Малинов Л.С., Василенко Л.Л., Малышева И.Е. Повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости стали 65Г за счет режимов термической и химико-термической обработок // Тез. докл. VII регион. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию университета. – Мариуполь, 2000. – Т.2. – С. 79. (проведено випробування на зносостійкість в різних умовах навантаження).

19. Малинов Л.С., Малышева И.Е., Вишнякова А.Н. Абразивная и ударно-абразивная износостойкость низкоуглеродистых марганцовистых сталей после цементации и термообработки // Тез. докл. VIII регион. науч.-техн. конф. – Том 3. - Мариуполь: ПГТУ, 2001. – С. 198-199. (досліджено мікроструктуру, фазовий склад та властивості низьковуглецевих манганцевих сталей).

20. Малинов Л.С., Малышева И.Е. Повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости стали 12Х13 цементацией и последующей термообработкой // Тез. докл. IХ регион. науч.-техн. конф. – Том 2. – Мариуполь: ПГТУ, 2002. – С. 51. (проведено обробка сталі та досліджено її вплив на зносостійкість).

21. Малинов Л.С., Малышева И.Е., Ефимова Е.С. Абразивная износостойкость стали 55С2 после изотермической закалки и отпуска на различные температуры // Тез. докл. X регион. науч. и науч.-техн. конф. – Том 1. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. – С. 82. (узагальнені результати досліджень щодо вплива режимів ізотермічного загартування на кількість і стабільність аустеніту).