techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2023-13-3-21-33techusgu-123Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEИсследование структуры и свойств стали Г13 с модифицирующими и органическими добавкамиStudy of the Structure and Properties of Steel G13 with Modifying and Organic Additiveshttps://orcid.org/0000-0002-1790-5004ЕремееваЖ. В.EremeevaZh. V.

Еремеева Жанна Владимировна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049, Российская Федерация

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023, Российская  Федерация  

Zhanna V. Eremeeva, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Professor of the Department of Powder Metallurgy and Functional Coatings

4 Leninsky Ave., Moscow 119049, Russian Federation 

38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023, Russian Federation 

eremeeva-shanna@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0200-530XТер-ВаганянцЮ. С.Ter-VaganyantsYu. S.

Тер-Ваганянц Юлия Суреновна, кандидат технических наук, доцент кафедры материаловедения 

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023, Российская Федерация 

Yuliya S. Ter-Vaganyants, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor of the Department of Materials Science

38 Bolshaya Semyonovskaya Str., Moscow 107023, Russian Federation 

juliatv1990@mail.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Московский политехнический университетРоссияNational Research University MISISRussian FederationМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian Federation2023290920231332133Copyright © Еремеева Ж.В., Тер-Ваганянц Ю.С., 20232023Еремеева Ж.В., Тер-Ваганянц Ю.С.Eremeeva Z.V., Ter-Vaganyants Y.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/123

Цель исследования – определить влияние модифицирующих и органических добавок на структуру и свойства порошковой стали Г13.Методы. Проводилось исследование микроструктуры и механических свойств стали Г13 с модифицирующими и органическими добавками. В качестве модифицирующих добавок использовались: порошок нанооксида алюминия и порошок нанооксида циркония. В качестве органических добавок использовались: этиленбис-стеаромид, стеарат никеля, стеарат меди, стеарат марганца, стеарат железа. Исследование микроструктуры проводилось на электронном микроскопе марки S-3400N. Твердость определяли по глубине отпечатка методом Роквелла. В качестве индентора был взят стальной закаленный шарик диаметром 1,56 мм. Испытания на изгиб проводили на электрогидравлической разрывной машине HUS-2010z системы MFL в автоматическом режиме с помощью персонального компьютера IBM PX.Результаты. При исследовании микроструктуры стали Г13 установлено, что наиболее мелкозернистая структура аустенита наблюдается у стали, имеющей следующий состав исходной шихты: Fe + 14,5%FeMn + 1,2%C + ZrO2(нано). Равномерная структура аустенита с мелкими округлыми порами наблюдается у стали Г13, имеющей следующие составы исходной шихты: Fe + 13%FeMn + 1,3%C + + 1%Ст.Cu; Fe + 14,5%FeMn + 1,2%C + 0,5%Ст.Mn (теплое смешивание). Исследование механических характеристик показало, что наилучшим сочетанием твердости после спекания и прочности на изгиб обладают заготовки из порошковой смеси состава Fe + 14,5%FeMn + 1,2%C + 0,5% Ст. Ni.Заключение. Наиболее положительное влияние на структуру порошковой стали Г13 оказали модифицирующая добавка порошка нанооксида циркония, а также органические добавки стеарата меди и стеарата марганца. Наилучшим сочетанием механических характеристик (твердости и прочности на изгиб) обладают заготовки, в которые вводилась органическая добавка стеарата никеля.

The purpose of the study – is to determine the effect of modifying and organic additives on the structure and properties of G13 powder steel.Methods. The study of the microstructure and mechanical properties of G13 sludge with modifying and organic additives was carried out. As modifying additives were used: nano-aluminum oxide powder and nano-zirconium oxide powder. The following organic additives were used: ethylene-bis-stearomide, nickel stearate, copper stearate, manganese stearate, iron stearate. The microstructure was studied using an S-3400N electron microscope. Hardness was determined by the depth of the indentation by the Rockwell method. A hardened steel ball with a diameter of 1.56 mm was taken as an indenter. Bending tests were carried out on an MFL HUS-2010z electro-hydraulic tensile testing machine in automatic mode using an IBM PX personal computer.Results. When studying the microstructure of steel G13, it was found that the most fine-grained austenite structure is observed in steel with the following composition of the initial charge: Fe + 14.5% FeMn + 1.2% C + ZrO2 (nano). A uniform structure of austenite with small rounded pores is observed in steel G13, which has the following compositions of the initial charge: Fe + 13% FeMn + 1.3% C + 1% St.Cu; Fe + 14.5%FeMn + 1.2%C + 0.5% St.Mn (warm mix). The study of mechanical characteristics has shown that the best combination of hardness after sintering and bending strength is possessed by workpieces made from a powder mixture of composition Fe + 14.5% FeMn + 1.2% C + 0.5% St. Ni.Conclusion. The most positive effect on the structure of G13 powder steel was exerted by the modifying additive of nano-zirconium oxide powder, as well as organic additives of copper stearate and manganese stearate. The best combination of mechanical characteristics (hardness and bending strength) is exhibited by billets into which an organic additive of nickel stearate was introduced.

порошковые сталимодифицирующие добавкиорганические добавкитвердостьмикроструктурапрочность на изгибpowder steelsmodifying additivesorganic additiveshardnessmicrostructurebending strengthReferencesЛибенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. М.: МИСиС, 2002. 318 с.Libenson G. A., Lopatin V. Yu., Komarnickij G. V. Processy poroshkovoj metallurgii [Processes of powder metallurgy]. Moscow, MISiS Publ., 2002. 318 р.German R. M. Powder metallurgy and particulate materials processing: The processes, materials, products, properties and applications. Princeton, USA, Metal Powder Industries Federation, 2005. 528 p.German R. M. Powder metallurgy and particulate materials processing: The processes, materials, products, properties and applications. Princeton, USA, Metal Powder Industries Federation, 2005. 528 p.Гарост А. И. Влияние марганца на микросостав и характеристики экономнолегированных марганцовистых сталей // Литье и металлургия. 2006. № 4. С. 107–114.Garost A. I. Vliyanie marganca na mikrosostav i harakteristiki ekonomnolegirovannyh margancovistyh stalei. Lite i metallurgiya = Casting and metallurgy, 2006, no. 4, рр. 107–114.Порошковая металлургия: современное состояние и перспективы развития: монография / В. В. Савич, С. А. Оглезнева. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2021. 695 с.Savich V. V., Oglezneva S. A. Poroshkovaya metallurgiya: sovremennoe sostoyanie i perspektivy razvitiya [Powder metallurgy: current state and prospects of development]. Perm, Perm National Research Politechnic Univ. Publ., 2021. 695 р.High manganese austenitic twinning induced plasticity steels: A review of the microstructure properties relationships / O. Bouaziz, S. Allain, C. P. Scott, P. Cugy, D. Barbier // Current Opinion in Solid State and Materials Science. 2011. Vol. 15(4). Р. 141–168.Bouaziz O., Allain S., Scott C. P., Cugy P., Barbier D. High manganese austenitic twinning induced plasticity steels: A review of the microstructure properties relationships. Current Opinion in Solid State and Materials Science, 2011, vol. 15(4), pp. 141–168.Богачев И. Н., Еголаев В. Ф. Структура и свойства железомарганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1973. 295 с.Bogachev I. N., Egolaev V. F. Struktura i svojstva zhelezomargancevyh splavov [Structure and properties of ferromanganese alloys]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1973. 295 p.Современные технические решения повышения эксплуатационных свойств отливок из стали марки 110Г13Л / И. В. Михалкина, Д. Ю. Бычков, Б. Н. Мамедов, М. М. Наими // Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2019. № 18. С. 72–81.Mihalkina I. V., Bychkov D. Yu., Mamedov B. N., Naimi M. M. Sovremennye tekhnicheskie resheniya povysheniya ekspluatacionnyh svojstv otlivok iz stali marki 110G13L [Modern technical solutions for improving the performance properties of castings from steel grade 110G13L. Tekhnologii metallurgii, mashinostroeniya i materialoobrabotki = Technologies of metallurgy, mechanical engineering and material processing, 2019, no. 18, pp. 72–81.Бутенко В. И., Демешкин А. С., Гусакова Л. В. Особенности обработки и эксплуатации деталей машин из стали 110Г13Л // Фундаментальные основы физики, химии и механики наукоёмких технологических систем формообразования и сборки изделий: сборник трудов научного симпозиума технологов-машиностроителей. Ростов н/Д: Донской гос. техн. ун-т, 2020. С. 493–498.Butenko V. I., Demeshkin A. S., Gusakova L. V. Osobennosti obrabotki i ekspluatacii detalej mashin iz stali 110G13L [Features of processing and operation of machine parts made of steel 110G13L]. Fundamental'nye osnovy fiziki, himii i mekhaniki naukoyomkih tekhnologicheskih sistem formoobrazovaniya i sborki izdelij. Sbornik trudov nauchnogo simpoziuma tekhnologov-mashinostroitelej [Fundamental foundations of physics, chemistry and mechanics of science-intensive technological systems of shaping and assembly of products. Collection of proceedings of the scientific symposium of mechanical engineering technologists]. Rostov-оn-Don, Don. St. Technical Univ. Publ., 2020, pp. 493–498.Эгамбердиев, И. П., Шарафутдинов У. З., Улугов Г. Д. Исследование влияния состава и структуры на стали 110Г13Л // Journal of Advances in Engineering Technology. 2021. No. 2. Р. 57–64.Egamberdiev I. P., Harafutdinov U. Z. S., Ulugov G. D. Issledovanie vliyaniya sostava i struktury na stali [Investigation of the effect of composition and structure on steel 110G13L]. Journal of Advances in Engineering Technology = Journal of Advances in Engineering Technology, 2021, no. 2, pp. 57–64.Демент Т. В. Влияния модифицирования стали 110Г13Л на средний размер зерен и включений // Перспективы развития фундаментальных наук: сборник научных трудов XIV Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / Нац. исслед. Томский политехнический ун-т. Томск, 2017. С. 99–101.Dement T. V. Vliyaniya modificirovaniya stali 110G13L na srednij razmer zeren i vklyuchenij [Influence of modification of steel 110G13L on the average size of grains and inclusions]. Perspektivy razvitiya fundamental'nyh nauk. Sbornik nauchnyh trudov XIV Mezhdunarodnoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchenyh [Prospects for the development of fundamental sciences. Collection of scientific papers of the XIV International Conference of Students, Postgraduates and Young Scientists]. Tomsk, National Research Tomsk Polytechnic University Publ., 2017, pp. 99–101.Чердынцев В. В., Калошкин С. Д., Томилин И. А. Фазовый состав и особенности структуры механосплавленных железомарганцевых сплавов // Физика металлов и металловедение. 2003. Т. 95, вып. 4. С. 39–47.Cherdyncev V. V., Kaloshkin S. D., Tomilin I. A. Fazovyj sostav i osobennosti struktury mekhanosplavlennyh zhelezomargancevyh splavov [Phase composition and structural features of mechanically alloyed ferromanganese alloys]. Fizika metallov i metallovedenie = Physics of metals and metal science, 2003, vol. 95, is. 4, pp. 39–47.Волосевич П. Ю., Гриднев В. Н., Петров Ю. Н. Влияние марганца на энергию дефекта упаковки в сплавах железо-марганец // Физика металлов и металловедение. 1976. Т. 42, вып. 2. С. 372–376.Volosevich P. Yu., Gridnev V. N., Petrov Yu. N. Vliyanie marganca na energiyu defekta upakovki v splavah zhelezo-marganec [Influence of manganese on stacking fault energy in iron-manganese alloys]. Fizika metallov i metallovedenie = Physics of metals and metal science, 1976, vol. 42, is. 2, pp. 372–376.Богачев И. H., Филиппов М. А. Упрочнение высокомарганцевых сталей со структурой емартенсита при легировании и термомеханической обработке // Высокопрочные немагнитные стали. М.: Наука, 1978. С. 49–56.Bogachev I. H., Filippov M. A. Uprochnenie vysokomargancevyh stalej so strukturoj e-martensita pri legirovanii i termomekhanicheskoj obrabotke [Strengthening of high-manganese steels with the e-martensite structure during alloying and thermomechanical]. Vysokoprochnye nemagnitnye stali [Highstrength non-magnetic steels]. Moscow, Nauka Publ., 1978, pp. 49–56.Жердицкая Н. Н., Еремеева Ж. В. Влияние технологических факторов на структурообразование и свойства порошковой стали ПК Г13. Сообщение 1. Влияние неоднородности химического состава и пористости на структурообразование и свойства порошковой стали ПК Г13 // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2012. № 4. С. 3–7.Zherdickaya N. N., Eremeeva Zh. V. Vliyanie tekhnologicheskih faktorov na strukturoobrazovanie i svojstva poroshkovoj stali PK G13. Soobshchenie 1. Vliyanie neodnorodnosti himicheskogo sostava I poristosti na strukturoobrazovanie i svojstva poroshkovoj stali PK G13 [Influence of technological factors on structure formation and properties of PK G13 powder steel. Message 1. Influence of heterogeneity of chemical composition and porosity on structure formation and properties of PK G13 powder steel]. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Poroshkovaya metallurgiya i funkcional'nye pokrytiya = Proceedings of higher educational institutions. Powder metallurgy and functional coatings, 2012, no. 4, pp. 3–7.Влияние технологических факторов на структуру и свойства порошковой углеродистой стали, полученной электроимпульсным спеканием и упрочненной наночастицами / В. С. Панов, Р. А. Скориков, Ж. В. Еремеева [и др.] // Известия МГТУ «МАМИ». 2013. Т. 2, № 2 (16). С. 283–290.Panov V. S., Skorikov R. A., Eremeeva Zh. V., eds. Vliyanie tekhnologicheskih faktorov na strukturu i svojstva poroshkovoj uglerodistoj stali, poluchennoj elektroimpul'snym spekaniem i uprochnennoj nanochasticami [Influence of technological factors on the structure and properties of powdered carbon steel obtained by electropulse sintering and hardened with nanoparticles]. Izvestiya MGTU "MAMI" = Proceedings of MSTU MAMI, 2013, vol. 2, no. 2 (16), pp. 283–290.Влияние температуры отпуска на стойкость арматурной стали 20ГС2 против водородного растрескивания / Н. Н. Сергеев, А. Н. Сергеев, С. Н. Кутепов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2018. Т. 8, № 2 (27). С. 54–67.Sergeev N. N., Sergeev A. N., Kutepov S. N., eds. Vliyanie temperatury otpuska na stojkost' armaturnoj stali 20GS2 protiv vodorodnogo rastreskivaniya [Influence of tempering temperature on the resistance of reinforcing steel 20GS2 against hydrogen cracking]. Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tekhnologii = Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technologies, 2018, vol. 8, no. 2 (27), pp. 54–67.Определение основных закономерностей процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Е. В. Агеев, Е. В. Агеева, А. С. Чернов [и др.] // Известия Юго-Западного государственного университета. 2013. № 1 (46). С. 85–90.Ageev E. V., Ageeva E. V., Chernov A. S., eds. Opredelenie osnovnyh zakonomernostej processa polucheniya poroshkov metodom elektroerozionnogo dispergirovaniya [Determination of the main regularities of the process of obtaining powders by the method of electroerosive dispersion]. Izvestiya YugoZapadnogo gosudarstvennogo universiteta = Proceedings of the Southwest State University, 2013, no. 1 (46), pp. 85–90.Дьячкова Л. Н., Дечко М. М. Влияние нанодисперсных добавок на структуру и свойства порошковой углеродистой и высокохромистой стали // Нанотехнологии: наука и производство. 2015. № 3 (35). С. 5–14.D'yachkova L. N., Dechko M. M. Vliyanie nanodispersnyh dobavok na strukturu i svojstva poroshkovoj uglerodistoj i vysokohromistoj stali [Influence of nanodispersed additives on the structure and properties of powdered carbon and high-chromium steel]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnologies: science and production, 2015, no. 3 (35), pp. 5–14.Панов В. С., Скориков Р. А. Влияние наноразмерных легирующих добавок на структуру и свойства порошковых углеродистых сталей // Нанотехнологии: наука и производство. 2015. № 3 (35). С. 40–45.Panov V. S., Skorikov R. A. Vliyanie nanorazmernyh legiruyushchih dobavok na strukturu I svojstva poroshkovyh uglerodistyh stalej [Influence of nanosized alloying additives on the structure and properties of powdered carbon steels]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnologies: science and production, 2015, no. 3 (35), pp. 40–45.Влияние природы углерода и исходной пористости на структурообразование и свойства порошковой стали Г13П / Г. Х. Шарипзянова, Ж. В. Еремеева, С. С. Хламкова, Е. В. Морозова // Технические науки: интеграция науки и практики: сборник материалов Международного научного е-симпозиума / под ред. доц. Н. Ф. Сириной. Киров: МЦНИП, 2015. С. 54–60.Sharipzyanova G. H., Eremeeva Zh. V., Hlamkova S. S., Morozova E. V. Vliyanie prirody ugleroda i iskhodnoj poristosti na strukturoobrazovanie i svojstva poroshkovoj stali G13P [Influence of the nature of carbon and initial porosity on the structure formation and properties of powder steel]. Tekhnicheskie nauki: integraciya nauki i praktiki. Sbornik materialov mezhdunarodnogo nauchnogo e-simpoziuma [Engineering sciences: integration of science and practice. Collection of materials of the international scientific e-symposium]; ed. by N. F. Sirina. Kirov, MCNIP Publ., 2015, pp. 54–60.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.