powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X.2025.562P.777powder-777Research ArticleТеория и процессы формования и спекания порошковых материаловTheory and Processes of Formation and Sintering of Powder MaterialsО механическом поведении спеченного сплава ПЛ-Н2Д2М: влияние пористости и условий спекания на прочностные характеристики высоконагруженных деталей типа «Колесо зубчатое»On the mechanical behavior of sintered PL-N2D2M alloy: the influence of porosity and sintering conditions on the strength characteristics of highly loaded “Gear Wheel” type partshttps://orcid.org/0000-0002-4289-1601ЕгороваР. В.EgorovaR. V.

Римма Викторовна Егорова – к.т.н., доцент кафедры «Кибербезопасность информационных систем»

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Rimma V. Egorova – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department of cybersecurity of information systems

1 Gagarin Sq., Rostov-on-Don 344003, Russia

regorova@donstu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1082-3970ЕгоровМ. С.EgorovM. S.

Максим Сергеевич Егоров – к.т.н., доцент, заведующий кафед­рой «Материаловедение и технологии металлов»

Россия, 344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1

Maxim S. Egorov – Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Head of the Department of materials science and metal technologies

1 Gagarin Sq., Rostov-on-Don 344003, Russia

aquavdonsk@mail.ruДонской государственный технический университетРоссияDon State Technical UniversityRussian Federation2026161020262031324Copyright © Егорова Р.В., Егоров М.С., 20262026Егорова Р.В., Егоров М.С.Egorova R.V., Egorov M.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://powder.misis.ru/jour/article/view/777

Проведено системное исследование взаимосвязи между технологическими параметрами спекания, структурой и механическими характеристиками порошковой стали ПЛ-Н2Д2М. Методами современной материаловедческой диагнос­тики изучено влияние температурно-временных режимов спекания и содержания углерода на процессы структурообразования, гомогенизации и формирования межчастичных контактов. Установлены количественные закономерности влияния параметров спекания на предел прочности при растяжении и характер разрушения материала. Методами фрактографического анализа выявлена эволюция механизмов разрушения в зависимости от степени завершенности диффузионных процессов. Определены критические параметры спекания, обеспечивающие формирование внутрикристаллитного сращивания частиц, необходимого для эксплуатации в условиях сложного напряженного состояния. Полученные результаты представляют научную основу для оптимизации технологических режимов производства ответственных деталей машиностроения методами порошковой металлургии.

A systematic study of the relationship between the technological parameters of sintering, structure and mechanical characteristics of PL-N2D2M powder steel has been carried out. The influence of temperature-time modes of sintering and carbon content on the processes of structure formation, homogenization and formation of interparticle contacts has been studied by methods of modern materials science diagnostics. Quantitative patterns of the influence of sintering parameters on the tensile strength and the nature of material fracture have been established. The methods of fractographic analysis revealed the evolution of fracture mechanisms depending on the degree of completeness of diffusion processes. The critical sintering parameters ensuring the formation of intracrystalline particle fusion necessary for operation in a complex stress state have been determined. The results obtained provide a scientific basis for optimizing the technological modes of production of critical machine-building parts using powder metallurgy methods.

порошковые сталиспеканиеструктурообразованиемеханические свойствафрактографический анализдиффузионные процессымежчастичное сращивание.powder metallurgysinteringstructure formationmechanical propertiesfractographic analysisdiffusion processesinterparticle splicingReferencesErden M.A., Yaşar N., Korkmaz M.E., Ayvaci B., Ross K.N.S., Mia M. Investigation of microstructure, mechanical and machinability properties of Mo-added steel produced by powder metallurgy method. International Journal of Advanced Manufacturing Techno­logy. 2021;114 :2811–2827. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07052-zErden M.A., Yaşar N., Korkmaz M.E., Ayvaci B., Ross K.N.S., Mia M. Investigation of microstructure, mechanical and machinability properties of Mo-added steel produced by powder metallurgy method. International Journal of Advanced Manufacturing Techno­logy. 2021;114 :2811–2827. https://doi.org/10.1007/s00170-021-07052-zTürkmen M., Karabulut H., Erden M.A., Gündüz S. Effect of tin addition on the microstructure and mechanical properties of PM steels. Technological Applied Sciences. 2017;12(4):178–184. https://doi.org/10.12739/nwsa.2017.12.4.2a0125Türkmen M., Karabulut H., Erden M.A., Gündüz S. Effect of tin addition on the microstructure and mechanical properties of PM steels. Technological Applied Sciences. 2017;12(4):178–184. https://doi.org/10.12739/nwsa.2017.12.4.2a0125Özdemirler D., Gündüz S., Erden M.A. Influence of NbC addition on the sintering behaviour of medium carbon PM steels. Metals. 2017;7(4):121. https://doi.org/10.3390/met7040121Özdemirler D., Gündüz S., Erden M.A. Influence of NbC addition on the sintering behaviour of medium carbon PM steels. Metals. 2017;7(4):121. https://doi.org/10.3390/met7040121Rathore S.S., Salve M.M., Dabhade V.V. Effect of molybdenum addition on the mechanical properties of sinter-forged Fe–Cu–C alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2015;649:988–995. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.07.156Rathore S.S., Salve M.M., Dabhade V.V. Effect of molybdenum addition on the mechanical properties of sinter-forged Fe–Cu–C alloys. Journal of Alloys and Compounds. 2015;649:988–995. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.07.156Kulkarni H., Dabhade V.V. Green machining of powder-metallurgy-steels (PMS): An overview. Journal of Manufacturing Processes. 2019;44:1–18. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.05.009Kulkarni H., Dabhade V.V. Green machining of powder-metallurgy-steels (PMS): An overview. Journal of Manufacturing Processes. 2019;44:1–18. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2019.05.009Егоров М.С., Егорова Р.В. Месхи Б.Ч., Егоров С.Н. Развитие контактной поверхности при спекании порошковых сталей. Металлург. 2022;(10):74–79. https://doi.org/10.52351/00260827_2022_10_74Egorov M.S., Egorova R.V., Meskhi B.Ch., Egorov S.N. Development of contact surface during sintering of powder steels. Metallurg. 2020;(10):74–79. (In Russ.). https://doi.org/10.52351/00260827_2022_10_74Hellenbrand G., Mevissen D., Brimmers J., Brecher C. Stressability of PM-gears under consideration of local porosity Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 2025;72:S1195–S1202. https://doi.org/10.2497/jjspm.16C-T11-03Hellenbrand G., Mevissen D., Brimmers J., Brecher C. Stressability of PM-gears under consideration of local porosity Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 2025;72:S1195–S1202. https://doi.org/10.2497/jjspm.16C-T11-03Витязь П.А., Ильющенко А.Ф., Савич В.В. Состояние и перспективы развития порошковой металлургии в России, Украине и Беларуси. В сб.: Доклады 12-го Междунар. симпозиума «Порошковая металлургия: инженерия поверхности, новые порошковые композиционные материалы. Сварка» (Минск, 7–9 апр. 2021 г.). Минск: Изд. дом «Белорусская наука», 2021. С. 26–80.Vityaz’ P.A., Il’yushchenko A.F., Savich V.V. The state and prospects of development of powder metallurgy in Russia, Ukraine and Belarus. In: Reports of the 12th International Symposium “Powder Metallurgy: surface engineering, new powder composite materials. Welding” (Minsk, April 7–9, 2021). Minsk: Publishing House “Belarusian Science”, 2021. P. 26–80. (In Russ.).Ильющенко А.Ф., Савич В В Тенденции и перспективы развития порошковой металлургии в мире. В сб.: Порошковая металлургия в Беларуси: Вызовы времени. Минск: Изд. дом «Белорусская наука», 2017. 533 с.Il’yushchenko A.F., Savich V.V. Trends and prospects for the development of powder metallurgy in the world. In: Powder Metallurgy in Belarus: Challenges of the Time. Minsk: Publishing House “Belarusian Science”, 2017. 533 p.Кривко М.С. Моделирование холодного штучного накатывания зубчатых колес из спеченных порошковых материалов. Новые материалы и технологии в машиностроении. 2012;(15):66–69.Krivko M.S. Modeling of teeth rolling for sintered toothed wheels. New Materials and Technologies in Mechanical Engineering. 2012;(15):66–69. (In Russ.).Дорофеев Ю.Г., Дорофеев В.Ю., Кочкарова Х.С. Особенности распределения микролегирующих элементов в горячедеформированных порошковых материалах на основе железа и их влияния на качество межчастичного сращивания. Металловедение и термическая обработка металлов. 2013;(8):35–39. https://doi.org/10.1007/s11041-013-9650-4Dorofeev Y.G., Dorofeev V.Y., Kochkarova K.S. Special features of distribution of microalloying elements in hot-deformed iron-base powder materials and their influence on the quality of interparticle bonding. Metal Science and Heat Treatment. 2013;55:433–437. https://doi.org/10.1007/s11041-013-9650-4Егоров М.С., Егорова Р.В., Ковтун М.В. Влияние содержания углерода на формирование контактной межчастичной поверхности при горячей допрессовке. Безопасность техногенных и природных систем. 2023;7(2):90–101. https://doi.org/10.23947/2541-9129-2023-7-2-90-101Egorov M.S., Egorova R.V., Kovtun M.V. Influence of carbon content on the formation of a contact interparticle surface during hot post-pressing. Safety of Technogenic and Natural Systems. 2023;7(2):90–101. (In Russ.). https://doi.org/10.23947/2541-9129-2023-7-2-90-101Turken M. Effect of carbon content on microstructure and mechanical properties of powder metallurgy steels. Powder Metall Metal Ceramics. 2016;55:164–171. https://doi.org/10.1007/s11106-016-9791-2Turken M. Effect of carbon content on microstructure and mechanical properties of powder metallurgy steels. Powder Metall Metal Ceramics. 2016;55:164–171. https://doi.org/10.1007/s11106-016-9791-2Erden M.A. The effect of the sintering temperature and addition of niobium and vanadium on the microstructure and mechanical properties of microalloyed PM steels. Metals. 2017;7(9):329. https://doi.org/10.3390/met7090329Erden M.A. The effect of the sintering temperature and addition of niobium and vanadium on the microstructure and mechanical properties of microalloyed PM steels. Metals. 2017;7(9):329. https://doi.org/10.3390/met7090329Erden M.A., Gündüz S., Türkmen M., Karabulut H. Microstructural characterization and mechanical properties of microalloyed powder metallurgy steels. Materials Science and Engineering: A. 2014;616:201–206. https://doi.org/10.1016/j.msea.2014.08.026Erden M.A., Gündüz S., Türkmen M., Karabulut H. Microstructural characterization and mechanical properties of microalloyed powder metallurgy steels. Materials Science and Engineering: A. 2014;616:201–206. ttps://doi.org/10.1016/j.msea.2014.08.026Дорофеев В.Ю., Егоров С.Н. Межчастичное сращивание при формировании порошковых горячедеформированных материалов. М.: Металлургиздат, 2003. 151 с.Dorofeev V.Yu., Egorov S.N. Interparticle fusion during the formation of hot-deformed powder materials. Moscow: Metallurgy Publishing House, 2003. 151 p.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;12(2):81–95. https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-2-81-95Egorov M.S., Egorova R.V. Influence of the sintering operation on the structure and properties of dispersion-hardened iron-based alloys. Proceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology. 2022;12(2):81–95. (In Russ.). https://doi.org/10.21869/2223-1528-2022-12-2-81-95Dai Z., Chen H., Ding R., Lu Q., Zhang C., Yang Z., van der Zwaag S. Fundamentals and application of solid-state phase transformations for advanced high strength steels containing metastable retained austenite. Materials Science and Engineering. 2021;143:100590. https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100590Dai Z., Chen H., Ding R., Lu Q., Zhang C., Yang Z., van der Zwaag S. Fundamentals and application of solid-state phase transformations for advanced high strength steels containing metastable retained austenite. Materials Science and Engineering. 2021;143:100590. https://doi.org/10.1016/j.mser.2020.100590Дьячкова 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;65(1):43–53. https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-1-43-53Dyachkova L.N. Features of the formation of the structure and properties of powder steels with additives that activate diffusion processes during sintering. Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Series of Physical and Technical Sciences. 2020;65(1):43–53. (In Russ.). https://doi.org/10.29235/1561-8358-2020-65-1-43-53Hojati M., Gierl-Mayer C., Danninger H. Impact fracture behaviour of powder metallurgy steels sintered at different temperatures. Berg Huettenmaenn Monatsh. 2024;169:132–139. https://doi.org/10.1007/s00501-024-01428-wHojati M., Gierl-Mayer C., Danninger H. Impact fracture behaviour of powder metallurgy steels sintered at different temperatures. Berg Huettenmaenn Monatsh. 2024;169:132–139. https://doi.org/10.1007/s00501-024-01428-wАхметов А.С., Еремееева Ж.В. Исследование влияния технологических параметров на структуру и свойства порошковых сталей СП60ХС и СП60ГС, легированных комплексными ферросплавами. В сб.: 9-я Междунар. науч.-практ. конференция «Перспективное развитие науки, техники и технологий» (Курск, 1 ноября 2019 г.). Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. С. 16–18.Akhmetov A.S., Eremeeva Zh.V. Study of the influence of technological parameters on the structure and properties of SP60HS and SP60GS powder steels alloyed with complex ferroalloys. In: 9th International Scientific and Practical Conference “Promising Development of Science, Technology and Technologies” (Kursk, November 1, 2019). Kursk: Southwest State University, 2019. P. 16–18. (In Russ.).Дьячкова Л.Н., Дечко М.М. Влияние дисперсных микродобавок на структуру и свойства порошковых углеродистой и высокохромистой сталей. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2015;(2):8–14. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-8-14D’yachkova L.N., Dechko M.M. Influence of dispersed microadditives on the structure and properties of powder carbon and high-chromium steel. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2015;(2):8–14. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2015-2-8-14

The authors declare that there are no conflicts of interest present.