Сотрудники кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ изучают механизмы изнашивания деталей машин и конструкций, позволяющие находить эффективные решения для повышения износостойкости материалов. Ученые проверили, как в условиях ударного воздействия ведут себя дисперсионно-твердеющие стали и сталь Гадфильда — это материал триботехнического назначения, который широко используется для работы в условиях трения и изнашивания.
По словам аспиранта кафедры материаловедения в машиностроении Сергея Станкевича, характерной особенностью стали Гадфильда, в отличие от других типов высокопрочных сплавов, является слабая связь износостойкости материала с твердостью.
«При этом не описаны представления о структурных преобразованиях в поверхностных слоях материалов, происходящих при реализации схемы косого удара в сочетании с качением и скольжением индентора относительно образца. При реализации этой схемы важную роль должны играть как сдвиговые, так и сжимающие напряжения», — рассказал Сергей Станкевич.
Для восполнения имеющихся пробелов в информации о поведении высокомарганцовистой стали ученые-материаловеды проверили, как ведет себя сплав в условиях ударного воздействия. Исследования проводили на специальной установке, разработанной профессором кафедры материаловедения в машиностроении доктором технических наук Владимиром Буровым. Основным узлом установки стал размещенный на валу барабан с расположенными в его гнездах инденторами — стальными роликами диаметром 32 мм и массой 0,2 кг.
Барабан приводится в движение сервоприводом, который позволяет плавно регулировать угловую скорость вращения в диапазоне от 0 до 1500 оборотов в минуту. Инденторы изготовлены из закаленной и низкоотпущенной шарикоподшипниковой стали ШХ 15. В процессе испытаний ролики вращаются относительно своих осей, катятся по поверхностям образцов и изнашивают исследуемые образцы.
Эксперименты доказали, что механизм изнашивания образцов из стали Гадфильда с однофазной аустенитной структурой имеет циклический характер. Процесс деградации поверхности включает стадии повышения плотности дислокаций и насыщения деформированного материала кислородом, а также отслоения фрагментов, в результате которого происходит перераспределение нагрузки. Участок поверхности, соответствующий отслоившемуся фрагменту, в течение некоторого времени воспринимает нагрузку в меньшей степени по сравнению со смежными участками, на которых поверхностный слой материала не был удален.
Чередующиеся на поверхности трения выступающие и расположенные на некоторой глубине участки формируют рельеф типа «шахматная доска». Основную нагрузку на этих полях испытывают выступающие участки, в пределах которых отслоения фрагментов поверхностного слоя не произошли.
«Результатами испытаний мы подкрепили свою позицию по поводу эффективности предложенного нами способа измельчения зеренной структуры в изделиях из стали Гадфильда. В настоящее время мы разрабатываем новые технические решения по улучшению структуры и повышению комплекса механических свойств сталей конструкционного назначения», — отметил Сергей Станкевич.
Ранее в НГТУ НЭТИ разработали износостойкие и коррозионностойкие материалы и покрытия на основе высокоэнтропийных объемных металлических стекол, которые будут востребованы в различных сферах — от космических аппаратов до медицинских устройств.
