Получение в цементированном слое сталей метастабильного остаточного аустенита для повышения их абразивной износостойкости

Abstract

RUS: Актуальность работы. Повышение долговечности деталей и инструмента, выходящих из строя из-за абразивного износа, является актуальной проблемой. Получение в структуре поверхностного слоя сталей, из которых они изготовлены, метастабильного остаточного аустенита и реализация динамического деформационного мартенситного превращения – ДДМП (эффект самозакалки при нагружении – СЗН) является одним из перспективных направлений решения этой проблемы. Цель работы – определить рациональные режимы термообработки, обеспечивающие значительное повышение абразивной износостойкости исследованных сталей 45Г, ДИ42, 65Г, М76 после цементации за счет получения в структуре поверхностного слоя наряду с другими составляющими повышенного количества метастабильного остаточного аустенита и реализации эффекта СЗН. Методы исследования. Для исследований образцы подвергались цементации в твердом карбюризаторе при 930 °С 10 ч. Температурный интервал нагрева под закалку составлял 800–1150 °С. После закалки стали отпускали при 180 °С 1 ч. Применялись дюрометрический, металлографический методы исследования. Фазовый состав определялся методом рентгеновского анализа с использованием дифрактометра ДРОН-3. Испытания на абразивный износ осуществлялись по методу Бринелля-Хауорта. Результаты. Наиболее высокая относительная абразивная износостойкость получена у исследованных цементированных сталей после закалки с определенной для каждой из них температуры, более высокой, чем типовая, и низкого отпуска, когда в структуре наряду с отпущенным мартенситом и карбидами в структуре присутствует 25–45 % метастабильного аустенита, претерпевающего ДДМП. Научная новизна. Предложено для повышения абразивной износостойкости исследованных сталей с повышенным содержанием углерода их цементировать, после чего проводить нагрев под закалку до определенной для каждой стали температуры, зависящей от ее химического состава, обеспечивающей получение после закалки и низкого отпуска оптимального количества остаточного аустенита и степени его стабильности. Практическая ценность. Для каждой исследованной стали, обычно не подвергающейся науглероживанию, после цементации определены температуры нагрева под закалку, обеспечивающие значительное повышение абразивной износостойкости за счет получения в структуре поверхностного слоя наряду с другими составляющими повышенного количества метастабильного остаточного аустенита. UK: Актуальність роботи. Підвищення довговічності деталей і інструменту, що виходять з ладу через абразивний знос, є актуальною проблемою. Отримання в структурі поверхневого шару сталей, з яких вони виготовлені, метастабільного залишкового аустеніту і реалізація динамічного деформаційного мартенситного перетворення – ДДМП (ефект самогартування при навантаженні – СЗН) є одним з перспективних напрямків вирішення цієї проблеми. Мета роботи – визначити раціональні режими термообробки, щоб забезпечити значне підвищення абразивної зносостійкості досліджених сталей 45Г, ДІ42, 65Г, М76 після цементації за рахунок отримання в структурі поверхневого шару поряд з іншими складовими підвищеної кількості метастабільного аустеніту і реалізації ефекту СЗН. Методи дослідження. Для досліджень зразки піддавалися цементації в твердому карбюризаторі при 930 °С 10 год. Температурний інтервал нагрівання під гартування становив 800–1150 °С. Після гартування сталі відпускали при 180 °С 1 год. Застосовувалися дюрометичний, металографічний методи дослідження. Фазовий склад визначався методом рентгенівського аналізу з використанням дифрактометру ДРОН-3. Випробування на абразивний знос здійснювалися за методом Бринелля-Хауорта. Результати. Найбільш висока відносна абразивна зносостійкість отримана у досліджених цементованих сталей після гартування з певною для кожної з них температури, вищої, ніж типова, і низького відпуску, коли в структурі поряд з відпущеним мартенситом і карбідами в структурі присутнє 25–45 % метастабільного аустеніту, що зазнає ДДМП. Наукова новизна. Запропоновано для підвищення абразивної зносостійкості досліджених сталей з підвищеним вмістом вуглецю їх цементувати, після чого проводити нагрів під гартування до певної для кожної сталі температури, яка залежить від її хімічного складу, що забезпечує отримання після гартування та низького відпуску оптимальної кількості залишкового аустеніту і ступеня його стабільності. Практична цінність. Для кожної дослідженої сталі, яка зазвичай не піддається навуглецюванню, після цементації визначені температури нагріву під гартування, щоб забезпечити значне підвищення абразивної зносостійкості за рахунок отримання в структурі поверхневого шару поряд з іншими складовими підвищеної кількості метастабільного аустеніту. EN: Work relevance. Increasing the durability of parts and tools that fail due to abrasive wear is an urgent problem. Obtaining in the structure of the surface layer of steels from which they are made, metastable retained austenite and the implementation of the dynamic deformation martensitic transformation – DDMT (self-quenching effect under loading – SQL) is one of the promising directions for solving this problem. Purpose of work – to determine rational modes of heat treatment that provide a significant increase in the abrasive wear resistance of the investigated steels 45G, DI42, 65G, M76 after carburizing due to the formation of a surface layer in the structure along with other components of an increased amount of metastable residual austenite and the implementation of the SQL effect. Research methods. For research, the samples were carburized in a solid carburizer at 930 ° C for 10 h. The temperature range of heating for hardening was 800–1150 ° C. After quenching, the steel was tempered at 180 ° C for 1 hour. Durometric and metallographic research methods were used. The phase composition was determined by X- ray analysis using a DRON-3 diffractometer. Abrasion tests were carried out using the Brinell-Howorth method. Results. The highest relative abrasive wear resistance was obtained for the studied case-hardened steels after quenching at a certain temperature for each of them, higher than the standard one, and low tempering, when the structure, along with tempered martensite and carbides, contains 25–45 % of metastable austenite in the structure DDMT. Scientific novelty. To increase the abrasive wear resistance of the investigated steels with an increased carbon content, it is proposed to cement them, and then heat them up for hardening to a temperature determined for each steel, depending on its chemical composition, which ensures the optimal amount of retained austenite and the degree of its stability after quenching and low tempering. Practical value. For each steel under study, which is usually not subjected to carburization, after carburizing, the heating temperatures for hardening are determined, which provide a significant increase in abrasive wear resistance due to the formation of a surface layer in the structure, along with other components of an increased amount of metastable residual austenite.