ФГБОУ ВО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:
К. Н. Вдовин, докт. техн. наук, профессор, зав. кафедрой «Технологии металлургии и литейных процессов» (ТМиЛП), эл. почта: kn.vdovin@gmail.com
Н. А. Феоктистов, канд. техн. наук, доцент кафедры ТМиЛП

Д. А. Горленко, канд. техн. наук, старший преподаватель кафедры ТМиЛП

Н. В. Копцева, канд. техн. наук, профессор кафедры ТМиЛП

Рассмотрено применение высокомарганцевой стали в промышленности, показаны изделия, наиболее часто применяемые в горнорудной отрасли. На специально отлитых образцах изучали влияние легирования азотированным феррохромом на поверхностную прочность отливок из высокомарганцевой стали. Исследования проводили на специальных установках, имеющихся в лаборатории кафедры, в среде незакрепленных частиц абразива, а также в условиях действия ударных нагрузок в соответствии с существующими ГОСТами. Выявили, что в реальных условиях отливки из этой стали работают в условиях как абразивного, так и ударно-абразивного износа. Для оценки влияния легирования высокомарганцевой стали различным количеством азотированного феррохрома на процессы изнашивания провели специальные металлографические исследования зон износа. Установили, что износ существенно зависит от образующегося рельефа изнашиваемой поверхности. При абразивном изнашивании образуется относительно ровный рельеф поверхности, имеющий в некоторых случаях незначительные выступы и впадины, которые по размеру не превышают 1 мкм. В случае ударно-абразивного изнашивания рельеф образующейся поверхности более ребристый, имеет характерные для таких условий изнашивания глубокие впадины и выступы, которые могут превышать 30 мкм. Легирование азотированным феррохромом в количестве от 1,4 до 3,15 % показало, что характер износа поверхности существенно зависит от количества введенного ферросплава. Уже при достижении концентрации хрома в стали 2,15 % происходит увеличение количества карбидов. Они чаще влияют на процесс абразивного изнашивания. При износе происходит «вымывание» аустенита как менее твердой фазы. По мере протекания этого процесса идет непосредственный контакт карбидов с абразивом. В результате этого происходит разрушение карбидов марганца и их выкрашивание, после чего в аустените образуется лунка. Она является дополнительным препятствием на пути скольжения абразива по изнашиваемой поверхности, что приводит к локальной интенсификации этого процесса. Карбиды хрома в процессе контакта не разрушаются, но от внешнего абразивного воздействия выкрашиваются, в результате чего также образуется лунка. Кроме того, наличие рисок, особенно вблизи карбидов, свидетельствует о протекании деформационных процессов в аустените с образованием двойников. После термообработки появляются трещины. Подобную качественную картину наблюдали и при концентрации в стали хрома > 3 %. При более высокой концентрации хрома в составе сплава наблюдается протекание сложных процессов деформационного двойникования с образованием локально разориентированных областей двойников. Проведенные исследования показали, что изнашивание высокомарганцевой стали является сложным физическим процессом, на интенсивность протекания которого оказывают значительное влияние качественные и количественные параметры микроструктуры и энергетический параметр, выраженный через значение энергии дефекта упаковки.

Исследование выполнено за счёт гранта Российского научного фонда (проект №15-19-10020).

1. Синицкий Е. В., Нефедьев А. А., Ахметова А. А. и др. Обзор результатов исследований, направленных на улучшение свойств отливок из высокомарганцевой стали // Теория и технология металлургического производства. 2016. № 2(19). С. 42–57.
2. Давыдов Н. Г. Высокомарганцевая сталь. — М. : Металлургия, 1979. — 176 с.
3. Чуманов И. В., Порсев М. А. О влиянии химического состава металла на режим термической обработки отливок из стали марки 110Г13Л // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2012. № 39. С. 59–63.
4. Чернышев Е. А. Литейные сплавы и их зарубежные аналоги : справочник. — М. : Машиностроение, 2006. — 336 c.
5. Крещановский Н. С., Ладыженский Б. Н., Хорин Я. Д. и др. Выплавка стали и производство стальных отливок / Труды ЦНИИТМАШ. Вып. 13. — М. : Изд-во ЦНИИТМАШ, 1960. — С. 77–82.
6. Козлов Л. Я., Колокольцев В. М., Вдовин К. Н. и др. Производство стальных отливок : учебник для вузов. — М. : МИСиС, 2005. — 351 с.
7. Голубцов В. А. Теория и практика введения добавок в сталь вне печи. — Челябинск : Компания НПП, 2006. — 423 с.
8. Шитиков B. C., Гедеревич H. A., Шерстюк A. A., Курбатов М. И. Влияние титана на газонасыщенность, поверхностные свойства и качество высокомарганцевой стали // Технология и организация производства. 1971. № 3. С. 57–58.
9. Nasajpour A., Kokabi A. H., Davami P., Nikzad S. Effect of molybdenum on mechanical and abrasive wear properties of coating of as weld Hadfield steel with flux-cored gas tungsten arc welding // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 659. P. 262–269.
10. Mejía I., Bedolla-Jacuinde A., Pablo J. R. Sliding wear behavior of a high — Mn austenitic twinning induced plasticity (TWIP) steel microalloyed with Nb // Wear. 2013. Vol. 301, Iss. 1–2. P. 590–597. DOI: 10.1016/j.wear.2013.01.054.
11. Лякишев Н. П., Тулин Н. А., Плинер Ю. Л. Легирующие сплавы и стали с ниобием. — М. : Металлургия, 1981. — 192 с.
12. Vdovin K. N., Gorlenko D. A., Feoktistov N. A., Dubrovin V. K. Study of the effect of complex alloying of high-m anganese steel by Ti–Ca–N alloying of composition on its microstructure, mecanical and operating properties // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 14. P. 17–23.
13. Мирзаев Д. А., Корягин Ю. Д., Окишев К. Ю. Влияние металлургических факторов на механические свойства и износостойкость литых марганцовистых сталей // Известия Челябинского Научного Центра. 1999. № 3. С. 18–22.
14. Gorlenko D., Vdovin K., Feoktistov N. Mechanisms of cast structure and stressed state formation in Hadfield steel // China Foundry. 2016. Vol. 13, Iss. 6. P. 433–442. DOI: 10.1007/s41230-016-6105-8.
15. Qichuan J., Zhenming H., Donghuan C., Shoushi W., Jiulin Y. Abrasionresistant as-cast manganese steel with nodular carbide modified by calcium // Journal of Materials Science Letters. 1990. Vol. 9, Iss. 5. P. 616–617. DOI: 10.1007/BF00725896.
16. Vdovin K. N., Gorlenko D. A., Feoktistov N. A., Nikitenko J. A. Investigation of microstructure of high-manganese steel, modified by ultra-dispersed powders, on the base of compounds of refractory metals // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 13. P. 34–40.
17. Atabaki M. M., Jafari S., Abdollah-Pour H. Abrasive wear behavior of high chromium cast iron and Hadfield steel — A comparison // Journal of Iron and Steel Research International. 2012. Vol. 19, Iss. 4. P. 43–50. DOI: 10.1016/S1006-706X(12)60086-7.
18. Petrov Y. N., Gavriljuk V. G., Berns H., Schmalt F. Surface structure of stainless and Hadfield steel after impact wear // Wear. 2006. Vol. 260, Iss. 6. P. 687–6 91. DOI: 10.1016/j.wear.2005.04.009.
19. Yan W., Fang L., Zheng Zh., Sun Kun, Xu Y. Effect of surface nanocrystallization on abrasive wear properties in Hadfield steel // Tribology International. 2009. Vol. 42, Iss. 5. P. 634–641. DOI: 10.1016/j.triboint.2008.08.012.
20. Колокольцев В. М., Вдовин К. Н., Чернов В. П., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А. Исследование механических и эксплуатационных свойств высокомарганцевой стали, легированной азотированным феррохромом / / Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2016. № 3. С. 46–54.
21. Бочков В. С. Повышение износостойкости наклепом футеровок шаровых мельниц при проведении их технического обслуживания: дис. ... канд. техн. наук. — Санкт-Петербург, 2014. — 119 с.