Кинетика роста усталостной трещины в спечённом диффузионно-легированном порошковом материале системы Fe-Ni-Cu-Mo при циклическом изгибе

Цель. Изучение кинетики роста усталостной трещины при циклическом изгибе спеченного диффузионно-легированного материала Fe-Ni-Cu-Mo (марка ПЛ-Н2Д2М) и установление количественных закономерностей влияния остаточной пористости (10-20%) и времени изотермической выдержки при спекании (30–90 минут) на усталостную долговечность.

Методы. Образцы изготавливали методом статического холодного прессования с последующим спеканием при 950[0] С в среде диссоциированного аммиака. Испытания на циклический изгиб проводили на вибростенде с частотой 7 Гц с амплитудой по циклу нагружения 3,5 мм. Регистрацию кинетики роста трещины осуществляли методом электропотенциалов с усилением сигнала аналого-цифровым преобразователем и записью в программе LGraph2. По тарировочным зависимостям разность потенциалов пересчитывали в длину трещины, после чего строили S-образные кривые в координатах «длина трещины число циклов».

Результаты. Установлен трехстадийный S-образный характер усталостного разрушения для всех исследованных образцов. Снижение пористости с 20 до 10% приводит к увеличению числа циклов до разрушения, удлинению начального этапа зарождения трещины и снижению скорости ее роста на линейном участке. Увеличение времени спекания с 30 до 90 минут положительно влияет на усталостную прочность, этот эффект максимален при пористости 10% и слабо выражен при 20%.

Заключение. Пористость является определяющим фактором усталостной долговечности, тогда как время спекания эффективно только для низкопористых материалов. Метод электропотенциалов подтвердил применимость для непрерывного контроля кинетики роста трещины в реальном времени. Полученные закономерности позволяют обоснованно выбирать технологические режимы для изготовления деталей из порошковых материалов, работающих при циклических нагрузках (шестерни, рычаги, эксцентрики, элементы трансмиссий).

1. Дьячкова Л.Н. Порошковые материалы на основе железа с повышенными механическими и триботехническими свойствами: монография. Минск: Белорусская наука, 2020. 204 с.

2. Егоров М.С., Еремеева Ж.В., Егорова Р.В. Методы получения железных, стальных порошков и конструкционных материалов на их основе. Ростов н/Д: Дон. гос. технический ун-т, 2021. 251 с. EDN QNGGKG.

3. Ageev E.V., Ageeva A.E. Phase composition of Titanium powders obtained for additive machines by electrodispersion of ot4 alloy waste in alcohol // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. 2024. Vol. 53, no. 4. P. 379-385. https://doi.org/10.1134/S1052618824700213. EDN NQWOWQ.

4. Исследование пористости образцов, полученных селективным сплавлением электро-эрозионных железохромоникелевых порошков / Е.В. Агеев, О.В. Кругляков, А.Ю. Алтухов, А.Е. Андреева // Известия Юго-Западного государственного университета. 2026. Т. 30, № 1. С. 8-19. https://doi.org/10.21869/2223-1560-2026-30-1-8-19. EDN PMYPOO.

5. Материалы в современном машиностроении / Г.Х. Шарипзянова, А.В. Андреева, Ж.В. Еремеева, Н.М. Ниткин. М.: Инфра-Инженерия, 2021. 192 с. EDN KGOLYR.

6. Исследование процесса спекания порошковой стали СП60ХН4Д2М с различными пластификаторами и легирующими добавками в исходной шихте / Ж.В. Еремеева, Ю.С. Тер-Ваганянц, Г.Х. Шарипзянова, О.В. Корзников // Материаловедение. 2023. № 1. С. 41-48. https://doi.org/10.31044/1684-579X-2023-0-1-41-48. EDN HJWPOX.

7. Дьячкова Л.Н. Особенности формирования структуры и свойств порошковых сталей с добавками, активирующими диффузионные процессы при спекании // Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наук. 2020. Т. 65, № 1. С. 43-53. https://https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-1-43-53.

8. Егоров М.С., Егорова Р.В. Технология изготовления детали «Втулка» № сс42049 левой опоры шнека подборщика кормоуборочного П3000 из порошковой стали // Современные наукоемкие технологии. 2026. № 1. С. 30-36. https://doi.org/10.17513/snt.40645. EDN KUNQCS.

9. Влияние микроструктурных факторов на механизм разрушения и пластичность спеченных хромоникелевых порошковых сталей при сдвиговых деформациях / Р.В. Егорова, М.С. Егоров, В.Н. Пустовойт, А.М. Егоров // Металлург. 2026. № 3. С. 99-103. https://doi.org/10.52351/00260827_2026_3_99. EDN KHQBFK.

10. Установка для исследования кинетики развития трещины при испытаниях на циклический изгиб / В.Н. Пустовойт, С.А. Гришин, В.В. Дука, В.В. Федосов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86, № 7. С. 59-64. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2020-86-7-59-64. EDN AFJEDW.

11. Порошковые материалы производства ПАО "Северсталь" / О.В. Миронова, О.В. Корзников, Ж.В. Еремеева, В.Ю. Лопатин, В.К. Нарва // Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия, сварка: материалы 16-й Международной научно-технической конференции. Минск: Белорусская наука, 2024. С. 134-137. EDN NWBYUS.

12. Усталостное разрушение стали со структурой феррито-мартенситного композита / В.Н. Пустовойт, С.А. Гришин, Ю.В. Долгачев, В.В. Дука // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2022. Т. 65, № 2. С. 92-97. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2022-2-92-97. EDN PQQUSJ.

13. Qiao R., Yan X. The characterization of fatigue damage of 316L stainless steel parts formed by selective laser melting with harmonic generation technique // Mater. (Basel). 2022. Vol. 15, no. 3. https://doi.org/10.3390/ ma15030718.

14. Усталостное разрушение стали 316l, изготовленной методом селективного лазерного плавления / Л.Р. Ботвина, Е.Н. Белецкий, Ю.А. Демина, И.А. Иванов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2024. Т. 90, № 7. С. 56-67. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2024-90-7-56-67.

15. Dudrova E., Kabátova M. A review of failure of sintered steels: fractography of static and dynamic crack nucleation, coalescence, growth and propagation // Powder Metallurgy. 2016. Vol. 59, no. 2. P. 148-167. https://doi.org/10.1080/00325899.2016.1145786

16. Егоров М.С., Егорова Р.В. Определение зависимости механических свойств спеченных дисперсно-упрочненных сплавов на основе железа от условий спекания // Безопасность техногенных и природных систем. 2022. № 2. С. 76-83. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2022-2-76-83. EDN KLJCDR.

17. Егоров М.С., Егорова Р.В. Пластичность композиционных материалов с определением температурных режимов горячей штамповки, исключающих появление дефектов в структуре материала // Заготовительные производства в машиностроении. 2019. Т. 17, № 2. С. 66-72. EDN VUINKF.

18. Егоров М.С., Егорова Р.В. Влияние операции спекания на свойства дисперсно-упрочненных сплавов на основе железа // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2022. Т. 12, № 2. С. 81-95. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-2-81-95. EDN TFKXKQ.

19. Влияние режимов закалки и отпуска на структуру и свойства горячедеформированных порошковых сталей с ультрадисперсными частицами / М.С. Егоров, Р.В. Егорова, А.В. Мозговой, К.В. Гантимуров, М.В. Ковтун // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2025. Т. 19, № 1. С. 15-22. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2025-1-15-22. EDN UDSXXY.

20. Егоров М.С., Месхи Б.Ч., Егорова Р.В. Термическая обработка спеченных порошковых сталей. Аустенитизация в спеченных порошковых сталях // Металлург. 2024. № 9. С. 54-59. https://doi.org/10.52351/00260827_2024_9_54. EDN HWBDWZ.