ООО «Инжиниринг Строительство Обслуживание», Ачинск, Россия:

С. Л. Арапов, главный металлург, эл. почта: arapovsl@yandex.ru

Сибирский федеральный университет, Красноярск, Россия:
С. В. Беляев, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: 244812@mail.ru
А. А. Косович, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: akosovich@sfu-kras.ru
Е. Г. Партыко, младший научный сотрудник, эл. почта: elforion@mail.ru

Определен оптимальный состав высокомарганцевой аустенитной стали Гадфильда для получения отливок с повышенной ударной вязкостью и твердостью относительно стандартной марки. Химический состав стали подвергнут модификации в части расширения диапазона содержания Mn (12–19 %). Рассмотрено влияние комбинированного легирования комплексом элементов Cr, Mo, Ni. Проведены предварительное компьютерное моделирование и анализ пористости литых заготовок для определения места вырезки представительных образцов, необходимых для оценки фактического химического состава и механических свойств. Статистический анализ полученных результатов по содержанию элементов и ударной вязкости образцов выполнен при помощи функции желательности. Дальнейшая оптимизация модели осуществлена по методологии поверхности отклика. На основе анализа попарных взаимодействий предложены два экспериментальных состава стали Гадфильда. Проведено сравнение марки 110Г13Л с предложенными составами по уровню механических свойств и баллу зерна по микроструктуре. Сделан вывод о перспективности дальнейшего использования предлагаемого состава Fe – 1,1C – 16Mn – 0,8Si – 1,3Cr – Ni – Mo, способного повысить надежность отливок, эксплуатирующихся в условиях значительного износа.

Работа выполнена в рамках государственного задания на науку ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», номер проекта FSRZ-2020-0013.

1. Lencinaa R., Calettia C., Brunellib K., Miconea R. Assessing wear performance of two high-carbon Hadfield steels through field tests in the mining industry // Procedia Materials Science. 2015. No. 9. P. 358–366.
2. Колокольцев В. М., Вдовин К. Н., Черепанов В. П., Феоктистов Н. А., Горленко Д. А., Дубровин В. К. Исследование механизмов абразивного и ударно-абразивного изнашивания высокомарганцевой стали // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2017. Т. 15. № 2. С. 54–62.
3. Vdovin K., Pesin A., Feoktistov N., Gorlenko D. Surface wear in hadfield steel castings DOPED with nitrided vanadium // Metals. 2018. No. 8. P. 845. DOI: 10.3390/met8100845.
4. Varela L. B., Tressia G., Masoumi M., Bortoleto E. M., Regattieri C., Sinatora A. Roller crushers in iron mining, how does the degradation of Hadfield steel components occur? // Engineering Failure Analysis. 2021. Vol. 122. P. 105295. DOI: 10.1016/j.engfailanal.2021.105295.
5. Lindroosa M., Cailletaudb G., Laukkanena A., Kuokkalac V. Crystal plasticity modeling and characterization of the deformation twinning and strain hardening in Hadfield steels // Materials Science & Engineering A. 2018. Vol. 720. P. 145–159. DOI: 10.1016/j.msea.2018.02.028.
6. Chen C., Lv B., Ma H., Sun D., Zhang F. Wear behavior and the corresponding work hardening characteristics of Hadfield steel // Tribology International. 2018. Vol. 121. P. 389–399. DOI: 10.1016/j.triboint.2018.01.044.
7. Алимов В. И., Штыхно А. П., Баирова И. И. Совершенствование производства деталей из стали 110Г13Л для дробильно-размольного оборудования // Ресурсосберегающие технологии производства и обработки давлением материалов в машиностроении. 2021. № 3. С. 50–60.
8. Abbasi M., Kheirandish S., Kharrazi Y., Hejazi J. On the comparison of the abrasive wear behavior of aluminum alloyed and standard Hadfield steels // Wear. 2010. Vol. 268. No. 1-2. P. 202–207. DOI: 10.1016/j.wear.2009.07.010.
9. Zhang G.-S., Xing J.-D., Gao Y.-M. Impact wear resistance of WC/Hadfield steel composite and its interfacial characteristics // Wear. 2006. Vol. 260, No. 7-8. P. 728–734. DOI: 10.1016/j.wear.2005.04.010.
10. Горленко Д. А., Михалкина И. В., Феоктистов Н. А. Влияние легирования феррохромом на химический состав и морфологию карбидной фазы стали Гадфильда // Технологии металлургии, машиностроения и материалообработки. 2020. № 19. С. 101–106.
11. Чайкин А. В., Чайкин В. А., Лозов В. С., Касимгазинов А. Д., Карман Ю. В., Быков П. О. Сравнительный анализ качественных показателей стали 110Г13Л, выплавленной с применением различных модификаторов и раскислительных смесей // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2018. Т. 16. № 1. С. 19–25. DOI: 10.18503/1995-2732-2018-16-1-19-25.
12. Pu J., Li Z., Hu Q., Wang Y. Effect of heat treatment on microstructure and wear resistance of high manganese steel surfacing layer // International Journal of Modern Physics B. 2019. Vol. 33. No. 01-03. P. 1940035. DOI: 10.1142/S0217979219400356.

13. ГОСТ 4755–91. Ферромарганец. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.01.1997.
14. ГОСТ 6008–90. Марганец металлический и марганец азотированный. Технические условия. — Введ. 01.07.1991.
15. ГОСТ 4759–91. Ферромолибден. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.01.1993.
16. ГОСТ 4757–91. Феррохром. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.01.1993.
17. ГОСТ 849–2018. Никель первичный. Технические условия. — Введ. 01.06.2019.
18. ГОСТ 1415–93. Ферросилиций. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.01.1997.
19. ГОСТ 295–98. Алюминий для раскисления, производства ферросплавов и алюминотермии. — Введ. 01.07.2001.
20. Система компьютерного моделирования литейных процессов «ПолигонСофт». URL: http://www.poligonsoft.ru/poligonsoft/ (дата обращения : 28.06.2022).
21. Груничев А. В., Павлов Д. В., Подъемщиков А. Н., Хмелев Р. Н. Исследование заключительных этапов технологического процесса получения отливок цилиндров дизелей методом вычислительного эксперимента // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 5. С. 305–312.
22. ГОСТ Р 54153–2010. Сталь. Метод атомно-эмиссионного спектрального анализа. — Введ. 01.01.2012.
23. ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. — Введ. 01.01.1979.
24. ГОСТ 9012–59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. — Введ. 01.01.1960.
25. Marinkovic V. Some applications of a novel desirability function in simultaneous optimization of multiple responses // FME Transactions. 2021. Vol. 49. No. 3. P. 534–548. DOI: 10.5937/fme2103534M.
26. Yi Z., Liu Q., Qin J. Optimization of Sintering Strength Based on Response Surface Methodology // Trans Indian Inst Met. 2021. Vol. 74. P. 3085–3092. DOI: 10.1007/s12666-021-02384-6.
27. Башмаков В. И., Чикова Т. С. Пластификация и упрочнение металлических кристаллов при механическом двойниковании. — Минск : Технопринт, 2001. — 218 с.