Анотація до роботи:

Бриков М.М. Розробка та застосування матеріалознавчих основ підвищення зносостійкості залізовуглецевих сплавів при абразивному зношуванні. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – Матеріалознавство. – Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2008.

Основна ідея роботи – дослідження зносостійкості сплавів системи Fe-C у максимально можливому діапазоні вмісту вуглецю. Встановлено, що зносостійкість металевої основи залізовуглецевих сплавів у порядку збільшення утворює такий ряд: ферит – мартенсит – аустеніт. Показано, що цей ряд зберігається в широкому діапазоні швидкості ковзання зразків по абразиву і температури зношуваної поверхні.

Досліджено вплив легування на зносостійкість метастабільного аустеніту. На прикладі легування хромом і марганцем представлено принципи створення зносостійких сплавів. Показано, що для одержання високої зносостійкості аустенітних сплавів необхідно забезпечити підвищений вміст вуглецю при мінімальному вмісті легуючого елементу.

Абразивне зношування є найбільш агресивним видом руйнування робочих поверхонь деталей машин і устаткування. Незважаючи на великий інтерес дослідників до абразивного зношування матеріалів, у теперішній час потенційні можливості залізовуглецевих сплавів як зносостійких матеріалів повністю не реалізовано, що є актуальною проблемою матеріалознавства. З метою вирішення цієї проблеми у роботі запропоновано експериментальну і теоретичну бази для створення і використання сплавів на основі заліза раціонального складу, які є зносостійкими при абразивному зношуванні. Узагальнення результатів досліджень дозволяє сформулювати такі висновки.

1. Визначено порівняльний ряд зносостійкості можливих фаз металевої основи нелегованих залізовуглецевих сплавів у стандартизованих умовах абразивного зношування без нагрівання (ГОСТ 17367-71): ферит – мартенсит – аустеніт (у порядку збільшення зносостійкості). Високу зносостійкість аустеніту обумовлено спільними процесами фазових перетворень у поверхневому шарі та механічного наклепу до гранично можливого стану.

2. Вперше встановлено вплив швидкості ковзання (0,1мм/с - 3,5 м/с) і фрикційного нагрівання (20-290 ^оС) на зносостійкість нелегованих залізовуглецевих сплавів з різним структурним станом.

Встановлено, що зносостійкість фериту знижується меншою мірою, ніж зносостійкість мартенситу й аустеніту. У той же час, аустеніт найбільш інтенсивно втрачає зносостійкість навіть при незначному нагріванні. Це пояснюється спільною дією декількох факторів. При збільшенні температури поверхні тертя відбувається стабілізація аустеніту і гальмування фазових перетворень, що є основним механізмом підвищення зносостійкості аустенітної структури при абразивному зношуванні. Крім того, границя текучості аустеніту найбільш інтенсивно знижується саме при нагріванні до температур 100-150 ^оС, що додатково зменшує опір вдавленню абразивних зерен та пластичній деформації. Проте, незважаючи на значний вплив нагрівання, зносостійкість аустеніту в дослідженому діапазоні температур перевищує зносостійкість мартенситу, або знаходиться на одному рівні з ним.

3. Аналіз результатів досліджень зносостійкості залізовуглецевих сплавів дозволив вперше побудувати діаграму «Відносна зносостійкість – Твердість – Температура», що узагальнює закономірності абразивного зношування сплавів системи Fe-C. Діаграма дозволяє в концентрованому вигляді представити весь доступний діапазон зносостійкості нелегованих залізовуглецевих сплавів при різних температурах поверхні тертя, і, крім того, є зручною для оцінки зносостійкості нових сплавів і перспектив їх використання як зносостійких матеріалів.

4. Досліджено вплив легування на зносостійкість залізовуглецевих сплавів із структурою нестабільного аустеніту при абразивному зношуванні. Вперше показано, що при даному вмісті легувального елемента існує оптимальний вміст вуглецю в сплаві, при якому досягається максимальна зносостійкість аустеніту. Це обумовлено температурою початку мартенситного перетворення, від якого залежить повнота - перетворень при зношуванні і ступінь зміцнення поверхні тертя. У той же час, для одержання високої зносостійкості сплавів зі структурою нестабільного аустеніту слід забезпечити підвищений вміст вуглецю при концентрації легувального елемента, достатній для гальмування графітизації і підвищення стійкості аустеніту до дифузійного розпаду.

5. На прикладі легування хромом і марганцем визначено залежності оптимального вмісту вуглецю від концентрації легувального елемента. Встановлено, що обидва елементи знижують оптимальну концентрацію вуглецю, однак при легуванні марганцем оптимальний вміст вуглецю знижується набагато інтенсивніше. Тому при однаковому вмісті легувального елемента сплави, леговані хромом, досягають більшої зносостійкості, ніж сплави, леговані марганцем. Разом з тим, легування марганцем є більш доцільним при необхідності забезпечити більшу прогартовуваність при деякій втраті зносостійкості.

6. Наведені вище положення складають матеріалознавчі основи підвищення зносостійкості залізовуглецевих сплавів при абразивному зношуванні. Як приклад, що ілюструє застосування цих основ для створення зносостійких сплавів, запропоновано два сплава для деталей малого (сталь 150Х3) і великого (сталь 120Г3) перерізу. Такі сплави з відповідним хімічним складом дозволяють досягати максимально можливу зносостійкість при абразивному зношуванні, на яку здатний металевий матеріал.

7. Лабораторні і промислові випробування сталі 150Х3 для виготовлення пластин прес-форм (пресування силікатної цегли) і сталі 120Г3 для виготовлення молольних куль (помел залізної руди) показали їх високу зносостійкість порівняно з матеріалами, які використовуються в теперішний час. Загальний очікуваний економічний ефект від впровадження складає 11,034 млн.грн. з яких 1,103 млн.грн. припадає на результати досліджень, які надано в дисертації.

Публікації автора:

1. Брыков М. Н. Определение допустимой скорости скольжения образцов по абразиву при стандартных испытаниях на изнашивание / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2000. - № 1. - C. 39-41.

2. Бриков А. М. Вплив термообробки на структуру і зносостійкість високоміцної сталі / А. М. Бриков, М. М. Бриков // Металознавство та обробка металів. – 2000. - № 3. – С. 48-51.

3. Брыков М. Н. Закономерности сопротивляемости сталей и сплавов абразивному изнашиванию без нагрева / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2002. - № 1. - C. 33-36.

4. Брыков М. Н. Метод испытаний металлических материалов на изнашивание при различной скорости скольжения по абразиву / М. Н. Брыков // Problems of Tribology. - 2003. - № 2. - C. 108-111.

5. Brykov N. N. Аbrasive wear of steels and alloys / N. N. Brykov, M. N. Brykov, A. D. Koval // Problems of Tribology. - 2003. - № 3. - C. 85-103.

6. Брыков Н. Н. Влияние условий изнашивания на степень упрочнения и износостойкость метастабильных аустенитных сплавов / Н. Н. Брыков, Г. А. Пугачев, М. Н. Брыков // Problems of Tribology. - 2003. - № 4. - C. 158-173.

7. Брыков М. Н. Оптимальная схема стандартных испытаний металлических материалов на изнашивание закрепленным абразивом / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2003. - № 1. - C. 86-89.

8. Брыков М. Н. Определение температуры металлических материалов при испытаниях на абразивное изнашивание / М. Н. Брыков // Вісник технологічного університету Поділля. – 2004. - № 1, Ч. 1. - С. 38-41.

9. Брыков М. Н. Испытание металлических материалов на абразивное изнашивание при повышенных температурах / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2004. - № 1. - C. 94-97.

10. Брыков М. Н. Абразивное изнашивание железоуглеродистых сплавов при повышенных температурах / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2004. – № 2. - C. 31-34.

11. Брыков Н. Н. Определение типа сплава и его оптимального структурного состояния для различных заданных условий изнашивания / Н. Н. Брыков, М. Н. Брыков // Problems of Tribology. - 2004. – № 1. - C. 46-53.

12. Брыков М. Н. О скорости скольжения образцов по абразиву при стандартных испытаниях на изнашивание / М. Н. Брыков // Вісник Хмельницького Національного університету. – 2005. - № 2, Т. 2. - С. 71-74.

13. Брыков М. Н. К вопросу об определении термина «абразивное изнашивание» / М. Н. Брыков // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2005. – № 2. - C. 151-153.

14. Брыков М. Н. Применение железоуглеродистых сплавов в условиях абразивного изнашивания / М. Н. Брыков // Problems of Tribology. - 2005. – № 2. - C. 147-151.

15. Брыков Н. Н. Проблема сопротивляемости сталей и сплавов абразивному изнашиванию / Н. Н. Брыков, М. Н. Брыков // Problems of Tribology. – 2006. - № 1.- С. 93-107.

16. Брыков М. Н. Абразивное изнашивание железоуглеродистых сплавов // Трение и износ – 2006. - № 1. – С. 105-109.

17. Андрущенко М. И. Сравнительный анализ способности к упрочнению и износостойкости в условиях абразивного изнашивания сталей системы Fe-C-Cr в зависимости от способов управления структурным состоянием / М. И. Андрущенко, Р. А. Куликовский, М. Н. Брыков // Металл и литье Украины. – 2006. - № 6. – С. 42-46.

18. Брыков М. Н. Влияние легирования на износостойкость железоуглеродистых сплавов при абразивном изнашивании / М. Н. Брыков, М. И. Андрущенко, Р. А. Куликовский // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2006. - № 2. – С. 59-62.

19. Брыков М. Н. Основы теории износостойкости железоуглеродистых сплавов при абразивном изнашивании // Problems of Tribology. – 2007. - № 2. - С. 46-56.

20. Пат. 76633 Украина, МПК⁷ С 21 D 1/18, C 21 D 9/22. Способ термической обработки углеродистых заэвтектоидных сталей / Брыков М. Н.; заявитель и патентообладатель Брыков М. Н. – № 20041210610 ; заявл. 23.12.04 ; опубл. 15.08.06, Бюл. № 8.

21. Пат. 13949 Украина, МПК⁷ С 22 С 38/18. Износостойкий сплав на основе железа / Брыков М. Н., Андрущенко М. И., Куликовский Р. А.; заявители и патентообладатели Брыков М. Н., Андрущенко М. И., Куликовский Р. А. – № u200511023 ; заявл. 21.11.05 ; опубл. 17.04.06, Бюл. № 4.

22. Пат. 23423 Украина. МПК⁷ С 22 С 38/18. Износостойкая сталь / Брыков М. Н.; заявитель и патентообладатель Брыков М. Н. – № u200613802 ; заявл. 25.12.06 ; опубл. 25.05.2007, Бюл. №7.

23. Брыков М. Н. Закономерности сопротивляемости сталей и сплавов абразивному изнашиванию // Восстановление и повышение износостойкости и срока службы деталей машин : учеб. пособие / Под ред. В. С. Попова / М. Н. Брыков. – Запорожье, 2000. – С. 26-34.

24. Брыков, М. Н. Сопротивляемость сплавов системы Fe-C абразивному изнашиванию // Износостойкость сплавов, восстановление и упрочнение деталей машин : учеб. пособие / Под ред. В. С. Попова / М. Н. Брыков. – Запорожье, 2006. – С. 124-129.

25. Brykov M. N. Abrasive wear of iron-carbon alloys / M. N. Brykov // Journal of Friction and Wear. – 2006. – № 1. – P. 96.

26. Брыков Н. Н. Оценка деформационной плотности дислокаций в сплавах со структурой остаточного аустенита / Н. Н. Брыков, В. Е. Ольшанецкий, М. Н. Брыков // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів : Зб. наук. пр. VII Міжнар. наук.-техн. конф. – Запоріжжя, 1998. – С. 176-177.

27. Брыков М. Н. Оптимальный комплекс испытаний при работах по повышению износостойкости и срока службы деталей машин / М. Н. Брыков // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів : Зб. наук. пр. VII Міжнар. наук.-техн. конф. – Запоріжжя, 1998. – С. 230-231.

28. Брыков М. Н. О влиянии скорости скольжения по абразиву на сопротивляемость железоуглеродистых сплавов изнашиванию / М. Н. Брыков // Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів : Зб. наук. пр. IX Міжнар. наук.-техн. конф. – Запоріжжя, 2003. – С. 17-19.

29. Куликовский Р. А. Особенности термообработки заэвтектоидных углеродистых и низколегированных сталей применительно к условиям абразивного изнашивания / Р. А. Куликовский, М. И. Андрущенко, М. Н. Брыков // Доклады научно-практического семинара (12 апреля 2006 г., г.Киев, Украина). – К., 2006. – С. 71-73.

30. Андрущенко М. И. Резервы повышения срока службы деталей оснастки для изготовления строительных изделий методом полусухого прессования / М. И. Андрущенко, Р. А. Куликовский, М. Н. Брыков // Материалы VI конф. с междунар. уч. «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях». – Киев, 2006. – С. 406-407.

31. Бриков М. М. Метод випробувань металевих матеріалів на зношування при малій швидкості ковзання по абразиву / М. Н. Брыков, Р. А. Куликовский, В. В. Ефименко // “Тиждень науки”, тези доповідей наук.-техн. конф. – Запоріжжя, 2006. – Т. 1. – С. 179-181.