МЕТАСТАБІЛЬНИЙ АУСТЕНІТ У НАПЛАВЛЕНИХ МЕТАЛАХ: ПРИРОДА, МЕХАНІЗМИ ЗМІЦНЕННЯ ТА ЗАСТОСУВАННЯ
DOI:
https://doi.org/10.31498/2522-9990312026359282Ключові слова:
метастабільний аустеніт, TRIP-ефект, деформаційне мартенситне перетворення, наплавлений метал, зносостійкість, Fe–Cr–Mn сталі, порошковий дріт, термічна обробка, азот, карбонітриди.Анотація
Викладено сучасні уявлення про природу метастабільного аустеніту в наплавлених металах та механізм його деформаційного мартенситного перетворення — TRIP-ефекту (Transformation-Induced Plasticity). Детально пояснено фізичний зміст понять метастабільності: температури початку мартенситного перетворення Ms, температури деформаційного перетворення Md30 та енергії дефектів пакування (SFE), що визначає легкість зародження мартенситних кристалів під дією напружень. Показано, чому структура метастабільного аустеніту є більш енергоємною порівняно з мартенситними або перлітними структурами тієї ж твердості, та як це безпосередньо пов’язано з підвищеною зносостійкістю відновлених деталей завдяки одночасному зміцненню поверхні, релаксації мікронапружень і поглинанню енергії зовнішнього впливу в зоні контакту. Систематизовано вплив основних легуючих елементів — хрому, марганцю, вуглецю, нікелю та азоту — на стабільність аустеніту, положення мартенситних точок Ms та Md30, а також на інтенсивність деформаційного мартенситного перетворення при навантаженні. Окремо розглянуто роль азоту як особливо ефективного легуючого елементу, що одночасно стабілізує аустеніт, знижує SFE та при відпуску утворює дисперсні карбонітриди Ti, V, Al розміром 50–200 нм, забезпечуючи дисперсійне зміцнення матриці і подрібнення зерна аустеніту. Показано, що введення 0,075–0,15% азоту дозволяє знизити вміст дефіцитного нікелю в три рази при збереженні або підвищенні рівня зносостійкості наплавленого металу. Описано номенклатуру та порівняльні характеристики промислових наплавочних матеріалів із метастабільним аустенітом на Fe–Cr–Mn основі. Показано, як режими термічної обробки — відпуск при 400°С для ударно-абразивного зношування та при 650°С для абразивного зношування і сухого тертя — впливають на фазовий склад і визначають оптимальний баланс між кількістю метастабільного аустеніту та його здатністю перетворюватися на мартенсит деформації в процесі експлуатації. Визначено актуальні відкриті наукові питання напрямку та перспективи подальших досліджень. Стаття забезпечує читача необхідним понятійним апаратом і розумінням ключових закономірностей для самостійної наукової роботи у даній галузі.
Посилання
Рябцев І.А. Наплавка деталей машин і механізмів / І.А. Рябцев. – К.: Екотехнологія, 2004. – 160 с.
Лившиц Л.С. Основы легирования наплавленного металла / Л.С. Лившиц, Н.А. Гринберг, Э.Г. Куркумелли. – М.: Машиностроение, 1984. – 103 с.
Разиков М.И. О выборе наплавочного материала, стойкого при кавитационном нагружении / М.И. Разиков, Б.А. Кулишенко // Сварочное производство. – 1967. – №7. – С. 10–12.
Малинов Л.С. Ресурсосберегающие экономнолегированные сплавы и упрочняющие технологии, обеспечивающие эффект самозакалки / Л.С. Малинов, В.Л. Малинов. – Мариуполь: изд. «Рената», 2009. – 568 с.
Zackay V.F. The enhancement of ductility in high-strength steels / V.F. Zackay [et al.] // ASM Transactions Quarterly. – 1967. – Vol. 60. – P. 252–259.
De Cooman B.C. State-of-the-knowledge on TWIP steel / B.C. De Cooman, Y. Estrin, S.K. Kim // Acta Materialia. – 2018. – Vol. 142. – P. 283–362.
Olson G.B. Kinetics of strain-induced martensitic nucleation / G.B. Olson, M. Cohen // Metallurgical Transactions A. – 1975. – Vol. 6A. – P. 791–795.
Gavriljuk V.G. Nitrogen in Iron and Steel / V.G. Gavriljuk, H. Berns // ISIJ International. – 1999. – Vol. 39, No. 8. – P. 807–815.
Зусін А.М. Розробка наплавочних матеріалів і технології наплавлення металу з метастабільним аустенітом: дис. … канд. техн. наук: 05.03.06 / ДВНЗ «ПДТУ». – Маріуполь, 2015. – 168 с.
Малинов Л.С. Упрочнение нестабильных аустенитных Cr–Mn–N сталей / Л.С. Малинов, Т.Д. Эйсмондт // Металлы. – 1969. – №2. – С. 114–120.
Simmons J.W. Overview: high-nitrogen alloying of stainless steels / J.W. Simmons // Materials Science and Engineering A. – 1996. – Vol. 207. – P. 159–169.
Малинов Л.С. Разработка и исследование новой порошковой ленты для наплавки колес мостовых кранов / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.А. Харланова // Сварочное производство. – 1995. – №10. – С. 22–25.
