Исследование структуры и свойств стали Г13 с модифицирующими и органическими добавками

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.

1. Либенсон Г. А., Лопатин В. Ю., Комарницкий Г. В. Процессы порошковой металлургии. М.: МИСиС, 2002. 318 с.

2. 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.

3. Гарост А. И. Влияние марганца на микросостав и характеристики экономнолегированных марганцовистых сталей // Литье и металлургия. 2006. № 4. С. 107–114.

4. 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.

5. 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.

6. Богачев И. Н., Еголаев В. Ф. Структура и свойства железомарганцевых сплавов. М.: Металлургия, 1973. 295 с.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.