Об'єкт - абразивне зношування залізовуглецевих сплавів. Мета - розробка матеріалознавчих основ підвищення зносостійкості залізовуглецевих сплавів при абразивному зношуванні. Методи дослідження - визначення зносостійкості залізовуглецевих сплавів у різному структурному стані за допомогою стандартних і нових випробувальних методик, а також дослідження хімічного складу, структури і властивостей залізовуглецевих сплавів за допомогою спектрального аналізу, рентгеноструктурного аналізу, оптичної мікроскопії, стандартних методів визначення механічних властивостей. Теоретичні і практичні результати: Встановлено закономірності абразивного зношування сплавів системи Fe-C без нагрівання у максимально можливому діапазоні вмісту вуглецю. Досліджено вплив підвищених температур та легування на зносостійкість метастабільного аустеніту. На прикладі легування хромом і марганцем представлено принципи створення зносостійких сплавів. Запропоновано нові зносостійкі сталі 150Х3 та 120Г3. Новизна: У роботі запропоновано експериментальну і теоретичну бази для вирішення матеріалознавчої проблеми створення і використання сплавів на основі заліза раціонального складу, які є зносостійкими при абразивному зношуванні. Цей результат отримано на підставі таких нових положень: - у стандартизованих умовах випробувань (ГОСТ 17367-71) без нагрівання визначено залежності зносостійкості залізовуглецевих сплавів від їх властивостей у максимально можливому діапазоні вмісту вуглецю (0,08-4,30 %С) з урахуванням фазового структурного стану. Показано, що в порядку збільшення зносостійкості металева основа залізовуглецевих сплавів утворює такий ряд: ферит - мартенсит - аустеніт. Висока зносостійкість аустеніту забезпечується за рахунок спільних процесів фазових перетворень, що відбуваються в поверхневому шарі та механічного наклепу до гранично можливого стану; - вперше в розширеному діапазоні швидкостей ковзання (0,1-3500 мм/с) та підвищених температур (20-290 оС) встановлено вплив цих характеристик на зносостійкість нелегованих залізовуглецевих сплавів з різною структурою. Показано, що структура аустеніту, яка є найбільш зносостійкою, у той же час максимально зазнає впливу нагрівання в процесі абразивного зношування. З підвищенням температури поверхні тертя зразків з аустенітною структурою усього лише до 130 оС зносостійкість зменшується вдвічі і продовжує інтенсивно знижуватися при подальшому нагріванні. Це явище обумовлено стабілізацією аустеніту при нагріванні і зниженням повноти проходження фазових перетворень. Крім того, найбільш інтенсивне зниження границі текучості аустеніту відбувається при нагріванні до 100-150 оС, що додатково знижує опір вдавленню абразивних зерен та пластичній деформації. Проте при будь-якій температурі в дослідженому діапазоні зносостійкість аустеніту перевищує зносостійкість мартенситу або знаходиться на однаковому рівні з ним; - вперше запропоновано діаграму "Відносна зносостійкість - Твердість - Температура", що відображає закономірності абразивного зношування сплавів системи Fe-C. Діаграма дозволяє в концентрованомувигляді представити весь доступний діапазон зносостійкості нелегованих залізовуглецевих сплавів при різних температурах поверхні тертя, і, крім того, є зручною для оцінки зносостійкості нових сплавів і перспектив їх використання як зносостійких матеріалів; - показано, що при певному вмісті легувального елемента існує оптимальний вміст вуглецю в сплаві, при якому досягається максимальна зносостійкість аустеніту. Це обумовлено температурою початку мартенситного перетворення, від якого залежить повнота фазових перетворень при зношуванні і ступінь зміцнення поверхні тертя. У той же час, для одержання високої зносостійкості сплавів зі структурою нестабільного аустеніту необхідно забезпечити підвищений вміст вуглецю при концентрації легувального елемента, достатнім для гальмування процесу графітизації і підвищення стійкості аустеніту до дифузійного розпаду; - вперше визначено залежності оптимального вмісту вуглецю від концентрації легувального елемента для двох найбільш розповсюджених легувальних елементів - хромуі марганцю. Встановлено, що як хром, так і марганець знижують оптимальну концентрацію вуглецю, однак дія марганцю набагато інтенсивніша. Тому при однаковому вмісті легувального елемента хромисті сплави досягають більшої зносостійкості, ніж марганцеві. Разом з тим, легування марганцем є більш доцільним при необхідності забезпечити більшу прогартовуваність при деякій втраті зносостійкості. Упровадження: Проведено промислово-дослідні випробування лицювальних пластин із сталі 150Х3 для прес-форм пресування силікатної цегли, зносостійкість яких вдвічі перевищує зносостійкість пластин із сталі 20Х. Отримано очікуваний економічний ефект від впровадження сталі 120Г3 у виробництво молольних куль, який перевищує 1 млн. грн.
