Влияние микролегирования натрием на контактную выносливость и механические свойства горячедеформированных порошковых сталей

Кольца подшипников качения представляют собой большой резерв для расширения объемов производства продукции порошковой металлургии. В настоящее время этот  резерв реализован не в полной мере. Горячая штамповка пористых заготовок обеспечивает возможность получения высокоплотных материалов для изготовления тяжелонагруженных изделий, в частности колец подшипников качения. Проблема изготовления горячештампованных колец подшипников связана с присутствием большого количества примесей в исходных порошках, а так же наличием остаточных тупиковых пор и микротрещин в поверхностном слое деталей, что обусловлено подстуживанием нагретой пористой заготовки при выполнении технологических операций горячей допрессовки. Рассмотрена возможность повышения механических свойств и контактной выносливости горячедеформированных сталей эвтектоидного состава, полученных на основе хромомолибденового железного порошка, а так же нелегированных железных порошков с различным содержанием примесей, за счет  микролегирования натрием. Натрий вводили в виде бикарбоната. С целью снижения вероятности окисления нагретой пористой заготовки при горячей штамповке (ГШ) использовали предложенный ранее способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа. Способ предусматривает получение холоднопрессованных заготовок с пористостью 10–12 %, их спекание в вакуумной печи и последующую ГШ. Для определения механических свойств и проведения структурного анализа получали призматические образцы размером 10×10×55 мм. Контактную выносливость исследовали с применением цилиндрических образцов ∅ 26×6 мм.  Испытанияпроводилипутемобкаткиплоскихповерхностей цилиндрических образцов шариками. Введение микродобавок Na позволяет существенно повысить контактную долговечность порошковых сталей по сравнению с нелегированными образцами, а так же по отношению к образцам-свидетелям из термообработанной стали ШХ15, что обусловлено уменьшением размера зерна аустенита, повышением качества межчастичного сращивания и снижением величины поверхностной пористости. Углеродистые порошковые стали, содержащие оптимальное количество микродобавки натрия (0,2  мас.%), могут быть использованы при изготовлении конструкционных изделий, работающих в условиях воздействия контактных нагрузок.

1. Kuhn H.A., Ferguson B.L. Powder forging. Princeton, New Jersey: MPIF, 1990.

2. Selecká M., Šalak A. Durability and failure of powder forged rolling bearing rings. Wear. 1999. Vol. 236. No. 1. P. 47—54.

3. Дорофеев Б.Ю., Дорофеев В.Ю., Атрас А.Н. Порошковые детали из шламовых отходов подшипникового производства. Автомоб. пром-сть. 1988. No. 4. С. 32—34.

4. Орлов А.В., Черменский О.Н., Нестеров В.М. Испытания конструкционных материалов на контактную усталость. М.: Машиностроение, 1980.

5. Huppmann W.J, Hirschvogel M. Powder forging. Int. Met. Rev. 1978. No. 5. P. 209—239.

6. Дорофеев Ю.Г., Гасанов Б.Г., Дорофеев В.Ю., Мищенко В.Н., Мирошников В.И. Промышленная технология горячего прессования порошковых изделий. М.: Металлургия, 1990.

7. Moghaddam S.M., Sadeghi F. A review of microstructural alterations around nonmetallic inclusions in bearing steel during rolling contact fatigue. Tribol. Trans. 2016. Vol. 59. No. 6. P. 1142—1156.

8. Prucher T. Fatigue life as a function of the mean free path between inclusions. In: Modern developments in P/M: Proc. Int. Conf. (Orlando, Florida, 5—10 June 1988). MPIF, 1988. Vol. 18. P. 143—154.

9. Strafellini G., Marcu Puscas T., Molinari A. Identification of rolling-sliding damage mechanisms in porous alloys. Metall. Mater. Trans. A. 2000. Vol. 31. No. 12. P. 3091—3099.

10. Chernenkoff R., Lani G. Rolling contact fatigue evaluation of high strength powder forgings for roller bearing applications. In: Intern. World PM-2010: Congress and exhibition guide (Florence, Italy, 10—14 Oct. 2010). EPMA, 2010. P. 86—87.

11. Kawai N., Notomi K., Furuta S. Rolling contact fatigue property of powder forged parts. Met. Powder Rep. 1987. Vol. 42. No. 11. P. 798—800.

12. Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф., Маркова Л.В. Порошковые материалы на основе железа. Минск: Тонпик, 2004.

13. Звонарев Е.В., Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф., Шидловская С.И. Микролегирование щелочными металлами порошковых материалов на основе железа. Металловедение и терм. обраб. металлов. 1991. No. 8. С. 29—32.

14. Дьячкова Л.Н., Керженцева Л.Ф. Активирование процесса спекания порошковых углеродистых сталей. Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2012. No. 4. С. 32—37.

15. Дьячкова Л.Н., Дечко М.М. Влияние дисперсных микродобавок на структуру и свойства порошковых углеродистой и высокохромистой сталей. Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2015. No. 2. С. 8—14.

16. Powder metallurgy. Applications, advantages and limitations. Ed. E. Klar. Metals Park, Ohio: Amer. Society for Metals, 1983.

17. Lindqvist B. Chromium alloyed steels — a new powder generation. In: EURO PM-2001: Proc. Eur. congr. and exhibition on powder metallurgy (Nice, France, 22—24 Oct. 2001). EPMA, 2001. Vol. 1. P. 13—21.

18. Höganäs iron and steel powders for sintered components. Höganäs AB, 2002.

19. Karlsson H., Nyborg L., Berg S., Yu.Y. Surface product formation on chromium alloyed steel powder particles. In: EURO PM-2001: Proc. Eur. congr. and exhibition on powder metallurgy (Nice, France, 22—24 Oct. 2001). EPMA, 2001. Vol. 1. P. 22—27.

20. Heikkilä I., Eggertson C., Randelius M., Caddeo-Johansson S., Chasoglou D. First experiences on characterization of surface oxide films in powder particles by Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy (GD-OES). Met. Powder Rep. 2016. Vol. 71. No. 4. P. 261—264.

21. Larsson C., Engström U. High performance sinter-hardening materials for synchronizing hubs. Powder Metall. 2012. Vol. 55. No. 2. P. 88—91.

22. Hryha E., Nyborg L. Effectiveness of reducing agents during sintering of Cr-prealloyed PM steels. Powder Metall. 2014. Vol. 57. No. 4. P. 245—250.

23. Свистун Л.И., Свиридова А.Н. Способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа: Пат. 2588979 (РФ). 2016.

24. Дорофеев Ю.Г. Работа уплотнения пористых материалов при прессовании. Порошк. металлургия. 1967. No. 3. С. 11—16.

25. Бернштейн М.Л., Добаткин С.В., Капуткина Л.М., Прокошкин С.Д. Диаграммы горячей деформации, структура и свойства сталей: Справ. изд. М.: Металлургия, 1989.