автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структурные превращения при трении и износостойкость закаленных углеродистых сталей

На правах рукописи

СО ЛОДОВА Ирина Леонидовна

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ТРЕНИИ И ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЗАКАЛЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

05.16.01 - металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

(кш^-

Екатеринбург 2006

Работа выполнена в Ордена Трудового Красного Знамени Институте физики металлов Уральского отделения РАН

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

академик РАН, доктор технических наук, профессор Счастливцев В.М. кандидат технических наук Макаров A.B.

доктор технических наук,

профессор

Сагарадзе В.В.

доктор технических наук,

профессор

Гервасьев М.А.

Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск

Защита состоится 1 декабря 2006 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 004.003.01 при Институте физики металлов УрО РАН

по адресу: 620041, г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С. Ковалевской, 18, факс (343) 374-52-44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики металлов УрО РАН.

Автореферат разослан 20 O/isnjSpJl 2006 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор физико-математических

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Проблема повышения долговечности деталей машин и инструмента является одной из самых важных проблем материаловедения. Эффективное повышение служебных характеристик деталей и инструмента связано с необходимостью увеличения их износостойкости. При этом важное значение имеет вопрос оптимизации структурных превращений и процессов деформационного упрочнения в металлических материалах при трении.

Стали и сплавы на основе железа являются основным материалом при изготовлении различных деталей и инструмента, причем из общего объема выпускаемых промышленностью сталей углеродистые стали составляют около 80 %. Поэтому одной из важных научных и практических задач исследователей является изучение структурных и фазовых превращений, происходящих именно в углеродистых сталях при трении, а также их влияние на сопротивление сталей изнашиванию в различных условиях нагружения.

Исследованию износостойкости сталей и сплавов посвящено большое количество работ. Описаны методы оптимизации структуры с целью повышения износостойкости стальных изделий, показаны способы формирования на поверхности сталей и сплавов при трении ультрадисперсных структур, обладающих высокой твердостью, износостойкостью, пластичностью, а также устойчивостью к разупрочнению при отпуске и фрикционном нагреве. Получены результаты, имеющие важное научное и практическое значение. Но несмотря на большой объем исследований, выполненных в указанном направлении, ряд вопросов, связанных с влиянием структуры на износостойкость сталей, в том числе углеродистых, до сих пор остается недостаточно изученным.

Практически нет данных о влиянии содержания углерода в мартенсите и наличии остаточного аустенита на износостойкость углеродистых сталей при различных видах изнашивания. Мало изучены вопросы влияния размера зерна, наличия избыточной карбидной фазы и графитных включений на сопротивление изнашиванию закаленных углеродистых сталей, особенно в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации стальных изделий.

В связи с этим исследование, проведенное в настоящей диссертационной работе, представляется актуальным.

Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение влияния исходной структуры, структурных и фазовых превращений, происходящих в поверхностных слоях сталей при трении, на эффективную прочность и износостойкость закаленных углеродистых сталей при различных видах контактного нагружения. Для достижения этой цели требуется решить следующие задачи:

1. Изучить влияние содержания углерода в мартенсите (0,04-1,35 мас.%) на износостойкость и деформационное упрочнение закаленных углеродистых сталей при абразивном воздействии.

2. Исследовать влияние содержания углерода в сталях (0,38-1,35 мас.%) на трибологические свойства и деформационное упрочнение при трении скольжения в различных средах (газообразный и жидкий азот, воздух).

3. Изучить влияние остаточного аустенита (в количестве 5-70 об.%) на сопротивление высокоуглеродистых (0,83—1,84 мас.% С) закаленных сталей изнашиванию при скольжении по закрепленному абразиву различной твердости.

4. Исследовать влияние избыточной карбидной фазы, графитных включений, а также степени коагуляции и объемной доли карбидов отпуска на сопротивление высокоуглеродистых сталей абразивному изнашиванию.

5. Оценить влияние размера зерна на абразивную износостойкость углеродистых сталей.

6. Рассмотреть вопросы формирования нанокристаллической структуры мартенсита в поверхностных слоях углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталей при трении. Исследовать прочность, теплостойкость и износостойкость нанокристаллических структур, формирующихся в углеродистых сталях в условиях фрикционного нагружения твердосплавным индентором.

Материалом исследования выбраны углеродистые стали с различным исходным содержанием углерода (от 0,04 до 1,84 мас.%), имеющие мартенситную основу (см. табл.).

Научная новизна работы. На основании проведенных исследований получены новые научные результаты, которые выносятся на защиту:

1. При изучении влияния концентрации углерода в мартенсите на абразивную износостойкость углеродистых сталей установлено, что между твердостью и износостойкостью отсутствует пропорциональная зависимость. Выявлено отрицательное влияние повышенной хрупкости высокоуглеродистого мартенсита на сопротивление абразивному изнашиванию в условиях пластического оттеснения.

2. Установлено, что метастабильный остаточный аустенит, присутствующий в закаленных высокоуглеродистых сталях, может оказывать на абразивную износостойкость как положительное (в условиях микрорезания), так и отрицательное (в условиях пластического оттеснения) воздействие. Выявлено положительное влияние остаточного аустенита на износостойкость сталей, подвергнутых низкому отпуску.

3. Установлено, что первичный избыточный цементит и карбиды отпуска оказывают положительное влияние на сопротивление абразивному изнашиванию закаленных и отпущенных высокоуглеродистых сталей. Влияния графитных включений и размера зерна на абразивную износостойкость не выявлено.

4. При изучении влияния содержания углерода в сталях на износостойкость и деформационное упрочнение в условиях трения скольжения обнаружено, что между деформационным упрочнением углеродистых сталей и величиной их износа отсутствует прямая . зависимость. Установлено, что фрикционное окисление повышающее сопротивление углеродистых сталей адгезионному схватыванию, в условиях усталостного изнашивания приводит к охрупчиванию и снижению износостойкости поверхностного слоя.

5. Показана возможность формирования высокопрочных и теплостойких нанокристаллических мартенситных структур в поверхностном слое углеродистых сталей при фрикционном -воздействии. Установлено, что с ростом концентрации углерода, прочность таких структур повышается, однако снижается их теплостойкость. Фрикционная обработка обеспечивает существенное повышение износостойкости закаленных сталей при абразивном воздействии и трении скольжения.

Личный вклад автора. В представляемой научно-исследовательской работе при непосредственном участии автора получена значительная часть экспериментального материала. Автором проведена термическая обработка используемых материалов, подготовлены образцы для испытаний на износостойкость. Испытания материалов в условиях абразивного изнашивания и трения скольжения, а также дюрометрические исследования выполнены совместно с к.т.н. Макаровым A.B. Автором проведен металлографический и рентгеноструктурный анализ образцов, а также подготовлены материалы для электронной микроскопии. Электронно-микроскопические исследования выполнены под руководством и при участии д.т.н. Коршунова Л.Г. и д.т.н. Яковлевой И.Л.

Диссертант принимал непосредственное участие при планировании эксперимента и в обсуждении полученных результатов, а также в написании статей и тезисов докладов. Результаты исследований неоднократно докладывались лично диссертантом на совещаниях и конференциях, в том числе и международных.

Научная и практическая ценность работы заключается в подробном рассмотрении структурных аспектов износостойкости закаленных углеродистых сталей в условиях нагружения, близких к реальным условиям эксплуатации стальных деталей. Обсуждены важные вопросы, касающиеся структурных превращений, механизмов деформационного упрочнения и их влияния на сопротивление углеродистых сталей изнашиванию. Установлены режимы термообработки, способствующие получению оптимальной структуры, обладающей повышенной прочностью и износостойкостью в различных условиях изнашивания. Показана возможность формирования высокопрочных и теплостойких нанокристаллических мартенситных структур в поверхностных слоях углеродистых сталей при фрикционном нагружении, что позволяет рассматривать упрочняющую фрикционную обработку в качестве перспективного способа улучшения эксплуатационно-важных характеристик стальных поверхностей. Данная работа является новым шагом в рассмотрении вопросов износостойкости и долговечности стальных изделий, расширяет металловедческий подход в этом направлении.

Достоверность полученных в данной работе результатов обеспечена использованием проверенных и апробированных методов

испытаний материалов, применением математических способов обработки экспериментальных данных и определения погрешностей измерений, а также использованием современных методов структурного анализа (рентгеновского, металлографического, электронно-микроскопического).

Результаты исследований, приведенные в настоящей работе, хорошо согласуются с полученными ранее другими исследователями расчетными данными и экспериментальными результатами.

Апробация работы. Основные научные результаты работы, изложенные в диссертации, были доложены и обсуждены на 18 российских и международных конференциях и совещаниях.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных статей (из них 4 - в рецензируемых журналах, 8 — в сборниках научных трудов) и 13 тезисов докладов. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, общих выводов и списка литературы, включающего 120 наименований. Объем диссертации — 154 страницы, 7 таблиц, 38 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, сформулированы цели исследования, аргументирован выбор объектов исследования, а также показана научная и практическая ценность работы.

В первой главе приведен обзор литературных данных и существующих представлений об износостойкости сталей и сплавов. Рассмотрены основные виды изнашивания металлических материалов, описанные в литературе, даны понятия износа, износостойкости, интенсивности изнашивания. Проведен подробный анализ имеющихся на сегодняшний день экспериментальных данных о влиянии структуры на износостойкость сталей и сплавов, а также о процессах, происходящих в сталях при трении и о способах упрочнения стальных поверхностей: Отмечено, что несмотря на большой объем исследований, выполненных в указанном направлении, ряд вопросов,

связанных с влиянием структуры на износостойкость углеродистых сталей, до сих пор остается недостаточно изученным и требует дальнейшего рассмотрения.

Во второй главе приведена характеристика материалов исследования, описаны способы изготовления образцов, режимы термообработки, методы испытаний и структурных исследований. Химический состав исследуемых материалов представлен в таблице.

Таблица

Химический состав исследуемых материалов, мас.%

Сталь С Мп Р Б Сг N1 Си

Армко-Бе 0,04 0,054 0,11 0,0031 0,021 0,12 - 0,18

10 0,11 0,13 0,31 0,016 0,024 0,09 0,14 0,19

20 0,20 0,31 0,53 0,016 0,019 0,03 0,04 0,11

35 0,38 0,33 0,65 0,016 0,014 0,13 0,06 0,09

50 0,51 0,33 0,58 0,013 0,026 0,23 0,09 0,10

У8 0,83 0,22 0,18 0,018 0,006 0,18 0,12 0,10

У10 0,98 0,33 0,28 0,020 0,016 0,12 0,12 0,20

У13 1,35 0,31 0,25 0,018 0,014 0,14 0,14 0,18

У15 1,53 0,33 0,28 0,020 0,018 0,13 0,15 0,20

У18 1,84 0,33 0,28 0,020 0,018 0,14 0,15 0,20

Испытания проводили при абразивном воздействии (скольжение по закрепленному абразиву) и в условиях трения скольжения твердосплавным индентором из сплава ВК-8. Использование двух видов абразива (корунд и кремень) позволяло в зависимости от соотношения твердосггей абразива Наб и испытуемого материала Нм изучать закономерности изнашивания в условиях микрорезания (На6/Н„>1,3—1,4) и пластического оттеснения или царапания (На6/Нм<1,3) при твердости корунда -20 ГПа и кремня ~10 ГПа.

Для структурных исследований использовали металлографический, рентгеновский и электронно-микроскопический методы анализа.

В третьей главе исследовано влияние концентрации углерода в мартенсите на износостойкость и деформационное упрочнение углеродистых (0,04—1,35 мас.%) сталей при абразивном воздействии и трении скольжения.

При закалке сталей от температур, обеспечивающих полное растворение карбидной фазы, были получены мартенситные структуры с концентрацией углерода в твердом растворе, близкой к содержанию углерода в стали.

Результаты испытаний на абразивную износостойкость показали, что при испытании по корунду, когда основным механизмом изнашивания всех исследуемых сталей является микрорезание, износостойкость линейно возрастает при увеличении содержания углерода в мартенсите до 0,9 %. При испытании по более мягкому абразиву — кремню пропорциональная зависимость износостойкости от концентрации углерода характерна только для низко- и среднеуглеродистого (до 0,5 % С) мартенсита (рис. 1).

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1.2 С, мас.%

Увеличение содержания углерода в мартенсите более 0,9 % не приводит к дальнейшему росту сопротивления изнашиванию как в условиях микрорезания, так и в условиях пластического оттеснения материала (царапания) (рис. 1). Отсутствие строгой пропорциональной

Ш1СЭ 70

50 . Рис. 1. Влияние содержания

углерода в мартенсите С на твердость НКСЭ и абразивную износостойкость закаленных углеродистых сталей при испытании по корунду е и кремню г'.

0

зависимости между твердостью и абразивной износостойкостью углеродистого мартенсита обусловлено увеличением способности мартенсита к деформационному упрочнению при повышении содержания в нем углерода более 0,5 % вследствие активизации в высокоуглеродистом мартенсите при изнашивании процессов деформационного динамического старения.

Сущность деформационного динамического старения мартенсита состоит в том, что возникающие при пластической деформации дислокации активно взаимодействуют с атомами углерода, находящимися в октаэдрических порах кристаллической решетки мартенсита. В результате этого взаимодействия атомы углерода перемещаются к дислокациям, образуя сегрегации. Высокая энергия взаимодействия дислокаций с сегрегациями из атомов углерода обусловливает сильное закрепление дислокаций и, соответственно, интенсивное деформационное упрочнение мартенсита.

, Проведенный в ходе исследования рентгеноструктурный анализ поверхностей углеродистых сталей как в исходном состоянии, так, и после изнашивания в различных условиях показал, что абразивное воздействие приводит к резкому уменьшению ширины линии (110) мартенсита. У высокоуглеродистых сталей при абразивном воздействии наблюдается исчезновение дублета линии

55 56 57 58 . 2©

Известно, что при пластической деформации стальных поверхностей ширина линии (110) мартенсита должна увеличиваться. По-видимому, уменьшение ширины линии в данном случае

(110)а (рис. 2).

2 1 — закалка;

~~ 2 — закалка, охл. при -196°С;

2 3 — закалка, охл. при -196°С,

— изнашивание по корунду.

Рис. 2. Дифрактометрические кривые линий [(110)-(101)(011)] мартенсита стали У8:

обусловлено тем, что снижение тетрагональности мартенсита при деформационном динамическом старении оказывает гораздо большее влияние на ширину линии (110)а, чем увеличение дефектности мартенситной структуры при трении.

Результаты испытаний при фрикционном воздействии твердосплавным индентором в безокислительной среде азота (при 20 и -196°С) и на воздухе показали, что рост концентрации углерода в сталях до 0,83 мас.% вызывает повышение износостойкости (снижение потери веса) при трении скольжения. Это связано с увеличением прочности мартенситной структуры, обусловливающим смену основного механизма изнашивания - от адгезионного к полидеформационному. Дальнейший рост содержания углерода в сталях до 1,35 мас.% сопровождается некоторым снижением износостойкости (увеличением потери веса) вследствие повышения хрупкости мартенситной структуры (рис. 3).

_К

<ДР>1 |0,6

Рис. 3. Влияние содержания углерода С в закаленных сталях на потери массы образцов ДР и коэффициент трения К при фрикционном нагружении индентором из сплава ВК-8 в среде азота при 20°С (1), при -196°С (2) и на воздухе (3).

1.1 и

С, мае. %

Уменьшение температуры испытаний в азоте от комнатной до —196°С вызывает ускоренный износ закаленных и низкоотпущенных высокоуглеродистых сталей, инициированный их низко-

температурным охрупчиваннем, н, напротив, приводит к снижению интенсивности адгезионного изнашивания менее прочной стали 35 вследствие ее низкотемпературного упрочнения (рис. 3).

При трении на воздухе интенсивность изнашивания стали 35 резко снижается по сравнению с трением в безокислительной среде азота, поскольку образующиеся при фрикционном нагружении на воздухе окислы препятствуют адгезионному взаимодействию контактирующих металлических поверхностей. С другой стороны, фрикционное окисление приводит к охрупчиванию и, соответственно, снижению сопротивления усталостному изнашиванию поверхности высокоуглеродистых сталей (рис.3). Охрупчивание деформированного поверхностного слоя сталей в результате его взаимодействия с кислородом связано с образованием хрупких пересыщенных твердых растворов кислорода в железе, а также с формированием преимущественно по границам растущих микротрещин окислов, способствующих ускоренному развитию трещин. Отпуск при 200°С приводит к уменьшению сопротивления закаленных углеродистых сталей изнашиванию.

Анализ трибологических свойств и деформационного упрочнения при фрикционном нагружении твердосплавным индентором закаленных и отпущенных при 200°С углеродистых сталей показал, что микротвердость поверхностей изнашивания углеродистых сталей при трении скольжения с большими контактными нагрузками возрастает по мере увеличения содержания углерода от ~10 ГПа у стали 35 до 12,0-12,5 ГПа у сталей У8, У10 и У13. Близкие уровни твердости поверхностей трения углеродистых сталей после испытаний при комнатной температуре (на воздухе и в азоте) и при -196°С (когда диффузионная подвижность атомов углерода весьма мала) указывают на то, что развивающиеся при трении процессы деформационного динамического старения и диссоциации карбидной фазы имеют чисто деформационную природу и не являются следствием локального разогрева поверхности образца под действием трения. Чрезвычайно интенсивное (до 4,5 ГПа) фрикционное упрочнение отпущенных при 200°С сталей свидетельствует о деформационном распаде карбидной (е- или цементитной) фазы и усилении примесного закрепления дислокаций атомами углерода.

В работе обнаружено отсутствие прямой зависимости между интенсивностью деформационного упрочнения при трении исследованных сталей и величиной их износа. При смене основного механизма изнашивания от полидеформационного к адгезионному нарушается и характер взаимосвязи между микротвердостью и износостойкостью поверхностей трения — высокая твердость поверхностей трения относительно "мягких" сталей не обеспечивает эффективного сопротивления адгезионному схватыванию вследствие разрушения материала по его глубинным, менее прочным слоям.

В четвертой главе рассмотрены структурные аспекты абразивной износостойкости высокоуглеродистых (0,83-1,84 мас.% С) сталей.

Установлены особенности влияния метастабильного остаточного аустенита и концентрации углерода в мартенсите на сопротивление закаленных высокоуглеродистых сталей разрушению в условиях микрорезания и пластического отгсснения. Показано, что повышение содержания углерода в твердом растворе до 0,9-1,0 мас.% вызывает рост износостойкости закаленных сталей при испытании по обоим видам абразива при сохранении приблизительного равенства износостойкости мартенситной и аустенитной составляющих. Мартенситные структуры с более высокой концентрацией углерода (до 1,35 мас.%) в условиях абразивного воздействия характеризуются повышенной хрупкостью, отрицательное влияние которой на износостойкость в значительно большей степени проявляется при реализации механизма пластического оттеснения (царапания) (рис. 4).

Наличие 60-70 об.% метастабильного остаточного аустенита в сталях после высокотемпературной (> 1000°С) закалки обеспечивает заэвтектоидным сталям максимальный уровень износостойкости в условиях изнашивания по корунду, однако приводит к пониженной износостойкости при испытании по кремню в связи с уменьшением положительной роли "каркаса" из пластин мартенсита охлаждения в ограничении процессов полидеформационного (усталостного) разрушения поверхности сталей (рис. 4). Повышенное сопротивление изнашиванию остаточного аустенита обусловлено его превращением при нагружении в высокопрочный мартенсит деформации, а также его положительным влиянием на вязкость разрушения, реализующегося в условиях изнашивания.

Тзак> "С Тзак. *С

Рис. 4. Влияние температуры закалки на твердость НЯСэ, концентрацию углерода С, содержание остаточного аустенита у и абразивную износостойкость при испытании по корунду е и кремню 'е стали У15: 1 — закалка, 2 — закалка, охл. при —196°С.

По глубине поверхностного слоя заэвтектоидных сталей, подвергнутых абразивному воздействию, наблюдается резкое падение интенсивности у—»а превращения при сохранении значительной доли аустенита в слое толщиной 1—5 мкм и в продуктах изнашивания. На поверхности закаленной высокоуглеродистой стали с преимущественно аустенитной структурой после абразивного воздействия обнаружена ультрадисперсная фрагментированная структура а-фазы (рис. 5 а, б), а в нижележащем слое наряду с диспергированным мартенситом охлаждения и аустенитом наблюдаются выделения высокодисперсного мартенсита деформации.

Мартенсит в рассматриваемом слое текстурован — плоскость (111)сс ориентирована параллельно поверхности изнашивания (рис. 5 в, г).

Рис. 5. Электронные микрофотографии структуры поверхностного слоя стали У15, закаленной от 1100°С и подвергнутой абразивному воздействию (испытание по кремню): а, б — слой толщиной 1-5 мкм; в, г — слой толщиной 5—10 мкм; а, в— св.п.; б — т.п. в рефлексе (110)а; г - т.п. в рефлексе (112)а.

Низкотемпературный (100—250°С) отпуск вызывает резкое падение абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей, в которых при закалке и обработке холодом формируются преимущественно мартенситные структуры с концентрацией углерода 0,7-1,3 %. Это обусловлено снижением при отпуске количества углерода в а-твердом растворе и, как следствие, уменьшением эффективности влияния деформационного динамического старения мартенсита на упрочнение при изнашивании и износостойкость стальных поверхностей. Наличие в закаленной структуре высокоуглеродистого метастабильного остаточного аустенита

замедляет снижение абразивной износостойкости при низкотемпературном отпуске, поскольку остаточный аустенит сохраняет и после низкого отпуска свое положительное влияние на износостойкость.

Исследования, касающиеся влияния карбидной фазы на абразивную износостойкость высокоуглеродистых сталей показали, что избыточный цементит в количестве до 11 мас.% не оказывает заметного влияния на твердость и износостойкость заэвтектоидных сталей, закаленных от стандартной температуры (790°С), а также отпущенных при 75—150°С. Отсутствие положительного влияния карбидной фазы на сопротивление абразивному изнашиванию можно объяснить тем, что микротвердость поверхностей трения закаленных и отпущенных при 150°С высокоуглеродистых сталей не уступает микротвердости избыточного цементита. В то же время наличие избыточного цементита в закаленных от 790°С сталях замедляет снижение твердости и износостойкости при увеличении температур отпуска в интервале 175-300°С, так как после отпуска при 175°С и выше микротвердость на поверхности абразивного изнашивания металлической основы становится меньшей, чем средняя микротвердость цементита.

Уровень абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей, подвергнутых среднему и высокому отпускам, повышается при увеличении объемной доли карбидов отпуска и практически не зависит от количества крупных избыточных карбидов, сохранившихся после аустенизации. Сильное уменьшение твердости сталей в интервале температур отпуска 350-700°С сопровождается относительно небольшим снижением абразивной износостойкости, поскольку объемная доля карбидов отпуска при этом сохраняется неизменной.

Металлографическое исследование показало, что в стали У18, в отличие от других исследованных материалов, присутствовали также графитные включения. Наличие графитных выделений в стали У18 приводит к существенному уменьшению твердости по сравнению со сталями У10 и У15, однако не вызывает снижения абразивной износостойкости. Не выявлено также заметного влияния размера зерна на абразивную износостойкость высокоуглеродистой стали.

Пятая глава посвящена изучению теплостойкости и трибологических свойств закаленных углеродистых сталей (35, 50, У8, У13), упрочненных поверхностным деформированием в условиях трения скольжения.

После испытания сталей в безокислительной среде газообразного азота проведено электронно-микроскопическое исследование поверхностных слоев. Показано (рис. 6), что в тонком поверхностном слое закаленной стали в результате фрикционного воздействия формируется нанокристаллическая структура мартенсита.

Рис. 6. Электронные микрофотографии структур трения, образующихся в поверхностном слое (1—5 мкм) закаленной стали 35 при фрикционном нагружении индентором из сплава ВК-8. а — св.п.; б- т.п. в рефлексе (110)а.

Формирование деформационно состаренного

нанокристаллического мартенсита в поверхностном слое углеродистых сталей в результате фрикционного нагружения твердосплавным индентором приводит к повышению твердости стали 35 от 6,0 до 9,8 ГПа, стали 50 - от 7,8 до 10,9 ГПа, а сталей У8 и У13 -от 9,4-9,6 до 11,8-12,0 ГПа (рис. 7). Высокая прочность поверхностей трения рассматриваемых углеродистых сталей, обусловлена не только большой дисперсностью и дефектностью структур, образующихся в поверхностных слоях, но и протеканием в кристаллах мартенсита процессов деформационного динамического старения, связанного с взаимодействием атомов углерода с дислокациями. С увеличением концентрации углерода в сталях прочность нанокристаллических структур трения возрастает.

Н.ГПа 12-

10

- 1т 3

Н.ГПа 12-

Н„

10

Ни

1+

Нп

Ни

5

"Г"

Н.ГПа

Н„

1 3 5

№

О

12

10

3

7_

Т

нй

-Н—\

_1_1_

ь 6 0

. 6 п,мкм

6

Ь,мкм

Рис. 7. Зависимость микротвердости Н закаленных сталей в исходном состоянии и после фрикционного нагружения от глубины внедрения Ь наконечника Виккерса: а — сталь 35; б — сталь 50; в — У8. Нагрузка на индеш-ор: 1 - 0,245; 2 - 0,49; 3 - 0,98; 4 - 1,96; 5 - 2,94; 6 - 4,90 Н.

Фрикционная упрочняющая обработка обеспечивает также существенное повышение сопротивления термическому разупрочнению закаленных сталей: упрочненная трением конструкционная сталь 35 сохраняет микротвердость поверхности на уровне 8 ГПа после нагрева до 400°С, а у инструментальной стали У8 микротвердость деформированной поверхности превышает 10 ГПа при нагреве до 350°С (рис. 8). Это свойственно только высоколегированным мартенситным сталям. Основными причинами повышенного сопротивления термическому разупрочнению являются большая плотность дефектов кристаллического строения (дислокаций, границ фрагментов), значительное количество углерода, сосредоточенного в примесных атмосферах дислокаций, а также высокая энергия связи между дислокациями и атомами углерода, обеспечивающая сохранение сильного закрепления дислокаций в деформированном мартенсите и после его отпуска при температурах до 450°С. Поскольку энергия взаимодействия атомов углерода с дислокациями в деформированном нанокристаллическом мартенсите значительно превышает энергию взаимодействия атомов углерода с атомами железа в е-карбиде (0,27 эВ) и в цементите (0,46 эВ), деформационное динамическое старение мартенсита приводит к

подавлению выделения Е-карбидной фазы и торможению формирования и роста частиц цементита при отпуске деформированных трением сталей.

Рис. 8. Влияние температуры отпуска на микротвердость поверхностей углеродистых сталей 35 (а) и У8 (б): 1 — закалка; 2 — закалка + фрикционная обработка. Нагрузка на индентор 0,49 Н.

Эффект повышения теплостойкости при фрикционной обработке снижается с ростом содержания углерода в стали: у стали 35 более высокая твердость нанокристаллического слоя по сравнению с твердостью закаленного недеформированного состояния сохраняется при нагреве до 450°С, у стали 50 - до 400°С, у стали У 8 - до 350°С, а у стали У13 - лишь до 250°С. Это обусловлено уменьшением стабильности и устойчивости к термическому распаду дислокационных атмосфер при более высоком их насыщении углеродом.

В работе также показано, что сформированные фрикционной обработкой в закаленных углеродистых сталях нанокристаллические слои обладают повышенной износостойкостью как при абразивном воздействии, так и при трении скольжения, в том числе в условиях значительного фрикционного нагрева. Это позволяет рассматривать упрочняющую фрикционную обработку в качестве перспективного способа улучшения эксплуатационно-важных характеристик стальных поверхностей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ:

1. Сопротивление углеродистого мартенсита абразивному изнашиванию возрастает по мере увеличения концентрации в нем углерода до 0,9 мас.% и остается на высоком уровне при дальнейшем повышении содержания углерода до 1,2 мас.%. Отсутствие пропорциональной зависимости между исходной твердостью и абразивной износостойкостью углеродистого мартенсита обусловлено увеличением его способности к деформационному упрочнению при повышении содержания углерода от 0,5 до 0,9 мас.% вследствие активизации процессов деформационного динамического старения. При реализации механизма пластического оттеснения выявлено отрицательное влияние на абразивную износостойкость повышенной хрупкости Мартенсита с концентрацией углерода 1,25—1,35 мас.%.

2. Формирование 60-70 % метастабильного остаточного аустенита при высокотемпературной закалке обеспечивает заэвтекгоидным сталям максимальный уровень износостойкости в условиях микрорезания (изнашивание по корунду), однако снижает износостойкость при испытании по более мягкому абразиву - кремню, когда преобладает полидеформационный механизм разрушения. Наличие в закаленной структуре 25-60 % высокоуглеродистого остаточного аустенита замедляет резкое падение абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей при низкотемпературном (100-250°С) отпуске.

3. Избыточный цементит в количестве до 11 мас.% не оказывает заметного влияния на абразивную износостойкость закаленных и отпущенных при 75—150°С высокоуглеродистых сталей, однако замедляет снижение износостойкости при температурах отпуска 175— 300°С. Уровень абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей повышается при увеличении объемной доли карбидов отпуска, однако мало зависит от степени коагуляции цементита. Графитные включения и размер зерна не оказывают влияние на сопротивление высокоуглеродистых сталей абразивному изнашиванию

4. Рост концентрации углерода в сталях от 0,38 до 0,83 мас.% вызывает повышение износостойкости при трении скольжения в среде азота (при 20 и —196°С) и на воздухе, что связано с увеличением прочности мартенситной структуры и сменой основного механизма изнашивания от адгезионного к полидеформационному. Дальнейший рост содержания углерода в сталях до 1,35 % сопровождается

снижением износостойкости вследствие повышения хрупкости поверхностного слоя. Отсутствует прямая зависимость между интенсивностью деформационного упрочнения при трении углеродистых сталей и величиной их износа. Высокая твердость поверхностей трения сталей с низкой исходной твердостью не обеспечивает эффективного сопротивления адгезионному схватыванию вследствие разрушения материала по его глубинным слоям. Фрикционное окисление, повышающее сопротивление углеродистых сталей адгезионному схватыванию, в условиях усталостного изнашивания приводит к охрупчиванию и, соответственно, снижению износостойкости поверхностного слоя. 5. Фрикционная обработка твердосплавным индентором, формирующая в поверхностных слоях закаленных углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталей структуру нанокристаллического мартенсита, существенно повышает их твердость (до 9,8-12,0 ГПа), сопротивление термическому разупрочнению при отпуске, а также износостойкость при абразивном воздействии и трении скольжения. С увеличением концентрации углерода в сталях прочность нанокристаллических структур трения возрастает, однако эффект повышения теплостойкости снижается.

Основные работы, опубликованные по теме диссертации:

1. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Структурные превращения, прочность и теплостойкость углеродистого мартенсита в условиях фрикционного нагружения // Сб. трудов Всероссийской научно-технической конференции "Прочность и разрушение материалов и конструкций". - Орск, 1998. - Т. 1 - С. 83-91.

2. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Коган Л.Х., Горкунов Э.С., Солодова И.Л., Осинцева А.Л. Абразивная износостойкость углеродистых и низколегированных инструментальных сталей и ее оценка неразрушающими методами И Трение и износ. - 1998. - Т. 19. - № 5. - С. 633-641. (рец.)

3. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Прочность и износостойкость нанокристаллических слоев, образующихся на поверхности трения сталей с мартенситной структурой // Сб. трудов "Структура и свойства нанокристаллических материалов". Екатеринбург: УрО РАН, 1999. - С. 153-160.

4. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Износостойкость и деформационное упрочнение углеродистых и низколегированных инструментальных сталей в условиях трения скольжения с большими контактными нагрузками // Трение и износ. - 2000. - Т. 21. - № 5. - С. 501-510. (рец.)

5. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Влияние фрикционного окисления на разрушение поверхностей трения углеродистых сталей // Вестник 11 У. Серия: Естественные и технические науки. - 2000. - Т. 5. - Вып. 2-3. - С. 326-328.

6. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова ИЛ. Использование фрикционной обработки для дополнительного повышения твердости и износостойкости стальных поверхностей, закаленных лазером И Сб. трудов V Международного семинара "Современные проблемы прочности" им. В.А. Лихачева. - Старая Русса, 2001. - Т. 1. - С.156-160.

7. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Влияние структуры на абразивную износостойкость заэвтектоидных углеродистых сталей // Сб. трудов V Международного семинара "Современные проблемы прочности" им. В.А. Лихачева. - Старая Русса, 2001. - Т. 1. - С. 161165.

8. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Счастливцев В.М., Солодова И.Л., Яковлева И.Л. Структура и абразивная износостойкость закаленных и отпущенных заэвтектоидных углеродистых сталей П ФММ. - 2004. - Т. 98.-№4.-С. 96-112. (рец.)

9. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова ИЛ, Особенности упрочнения и разрушения закаленных углеродистых сталей в условиях трения скольжения при низких температурах // Сб. трудов II Евразийского симпозиума по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата. - Якутск, 2004. - С. 148-159.

10. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Малыгина И.Ю., Солодова И.Л. Теплостойкость нанокристаллических структур, сформированных трением в закаленных углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталях // Сб. трудов "Нанотехнология и физика функциональных нанокристаллических материалов". - Екатеринбург: УрО РАН, 2005. -Т. 1. - С. 305-316.

11. Макаров A.B., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л., Счастливцев В.М., Яковлева И.Л. Влияние концентрации углерода в мартенсите на износостойкость углеродистых сталей // Сб. трудов XI

Международной конференции по мартенсигным превращениям 1СОМАТ-2005. - Китай, Шанхай, 2005. - С. 58-59. 12. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л., Малыгина И.Ю. Твердость, теплостойкость и трибологические свойства закаленных углеродистых сталей, упрочненных поверхностным деформированием в условиях трения скольжения // Деформация и разрушение материалов. - 2006. - № 4. - С. 26-33. (рец.)

Отпечатано на Ризографе ИФМ УрО РАН тир. 85 зак. 72 объем 1 п.л. формат 60x84 1/16 620041 г. Екатеринбург, ГСП-170, ул. С. Ковалевской, 18.

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Виды изнашивания. Износостойкость материала.

1.2. Влияние структуры на износостойкость сталей

1.3. Влияние размера зерна на износостойкость сталей

1.4. Формирование нанокристаллических структур в сталях при трении.

1.5. Постановка задачи исследования.

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

2.1. Материал исследования.

2.2. Термическая обработка материалов.

2.3. Методы испытаний.

2.4. Методы структурных исследований.

3. ВЛИЯНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ УГЛЕРОДА В МАРТЕНСИТЕ НА ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ И ДЕФОРМАЦИОННОЕ УПРОЧНЕНИЕ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ И АБРАЗИВНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

3.1. Износостойкость, твердость и деформационное упрочнение углеродистых сталей при абразивном воздействии.

3.2. Износостойкость углеродистых сталей при трении скольжеиия с большими контактными нагрузками.

3.3. Деформационное упрочнение углеродистых сталей при трении скольжения с большими контактными нагрузками.

3.4. Влияние отпуска на трибологические свойства поверхности закаленной стали У8.

3.5. Выводы.

4. СТРУКТУРА И АБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЗАКАЛЕННЫХ И ОТПУЩЕННЫХ ЗАЭВТЕКТОИДНЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ

4.1. Влияние избыточных карбидов и графитных включений на износостойкость сталей.

4.2. Влияние размера зерна на износостойкость стали.

4.3. Износостойкость мартенсита и остаточного аустенита закаленных от различных температур и низкоотпущенных сталей.

4.4. Влияние температуры отпуска на износостойкость сталей, подвергнутых высокотемпературной закалке.

4.5. Влияние степени коагуляции и объемной доли карбидов отпуска на износостойкость сталей

4.6. Выводы.

5. ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ И ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАКАЛЕННЫХ УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ, УПРОЧНЕННЫХ ПОВЕРХНОСТНЫМ ДЕФОРМИРОВАНИЕМ В УСЛОВИЯХ ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ.

5.1. Формирование нанокристаллических структур в поверхностных слоях углеродистых сталей при трении.

5.2. Теплостойкость закаленных углеродистых сталей, упрочненных поверхностным деформированием

5.3. Эволюция нанокристаллических структур, сформированных фрикционной обработкой, при нагреве.

5.4. Трибологические свойства стали У8, упрочненной поверхностным деформированием.

5.5. Выводы.

Проблема повышения долговечности деталей машин и инструмента является сегодня одной из самых важных проблем материаловедения. Детали машин в процессе эксплуатации подвергаются воздействию больших контактных нагрузок, абразивному изнашиванию, различным видам трения. Высокие эксплуатационные характеристики этих деталей часто определяют прочность и надежность узла или машины в целом. Поэтому эффективное повышение служебных характеристик деталей и инструмента в значительной степени связано с необходимостью увеличения их износостойкости.

Основным фактором, определяющим сопротивление изнашиванию деталей машин, является уровень прочности их рабочей поверхности. В работах Ф. Боудена, М.М. Хрущова и других авторов было показано наличие пропорциональной зависимости между исходной прочностью (твердостью) металлических материалов и их сопротивлением различным видам изнашивания. Поэтому существующий металловедческий подход к вопросу повышения износостойкости металлических материалов предполагает необходимость увеличения исходной твердости и теплостойкости их поверхностного слоя при сохранении определенного уровня пластичности и вязкости.

Однако, к настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, показывающий, что между исходной твердостью материалов и их сопротивлением изнашиванию в ряде случаев отсутствует прямая связь. Установлено, что износостойкость сталей и сплавов определяется не только их исходной прочностью, но и уровнем эффективной прочности их поверхности, который достигается в процессе изнашивания. В связи с этим важное практическое значение имеет вопрос оптимизации структурных превращений и процессов деформационного упрочнения в металлических материалах при трении с целью достижения возможно более высокого уровня упрочнения поверхности.

Необходимо отметить, что способность различных типов металлических структур к деформационному упрочнению в условиях трения изучена недостаточно полно. Известно, например, что упрочнение твердого раствора за счет выделения частиц или создание в поверхностном слое металлов высокой плотности дислокаций с помощью различных способов механического наклепа, часто не оказывает эффективного положительного влияния на износостойкость металлических материалов. Участки с высокой плотностью дислокаций в поверхностных зонах могут служить источником зарождения трещин, распространяющихся вглубь при увеличении нагрузки или циклическом нагружении. С другой стороны, наличие в твердом растворе повышенной концентрации элементов внедрения (углерода, азота) может значительно повысить сопротивление сталей и сплавов изнашиванию в различных условиях трения.

В настоящее время основным материалом при изготовлении деталей машин и инструмента являются углеродистые и легированные стали и сплавы на основе железа. Причем из общего объема выпускаемых промышленностью сталей углеродистые стали составляют около 80%. Высокую прочность сталь приобретает в процессе закалки благодаря образованию мартенсита - главной структурной составляющей закаленной стали. В основе отпуска и старения лежат явления распада пересыщенных твердых растворов мартенсита и аустенита. В результате отпуска в значительной мере снимаются внутренние напряжения, повышается пластичность и уменьшается хрупкость закаленной стали. Но при этом может падать и износостойкость. Мартенсит закаленной неотпущенной стали обладает значительно большим сопротивлением изнашиванию по сравнению со структурой отпущенного мартенсита. Реальную возможность использовать на практике повышенную износостойкость структуры неотпущенного мартенсита дают современные технологии поверхностной закалки (лазерная, электронно-лучевая, световая, плазменная), после которых обычно не проводится дополнительный отпуск.

Большая износостойкость неотпущенного мартенсита обусловлена не только его высокой твердостью, но также способностью к интенсивному деформационному упрочнению, которое связано с развитием в процессе изнашивания деформационного динамического старения рассматриваемой метастабильной структуры. Значительный научный и практический интерес представляет вопрос легирования на прочность и износостойкость неотпущенного мартенсита. Хотя, согласно распространенному мнению, прочностные свойства и износостойкость мартенсита определяются, главным образом, содержанием в нем углерода, есть литературные данные, показывающие, что оптимальное легирование неотпущеппого мартенсита может оказать значительное положительное влияние на эффективную прочность и износостойкость.

Для эффективного повышения служебных характеристик стальных изделий могут применяться различные способы поверхностной упрочняющей механической обработки (обкатка роликами и шариками, дробеструйная обработка, алмазное выглаживание и др.), используемые в качестве заключительной операции. Одним из способов поверхностного пластического деформирования является фрикционная обработка в условиях трения, исключающих заметный фрикционный нагрев. Преимуществом указанной обработки является возможность достижения наибольших степеней пластической деформации непосредственно на поверхности материала при отсутствии выкрашивания упрочненного слоя и образования подповерхностных трещин. Последнее может иметь место при обкатке или ударной упрочняющей обработке, характеризующихся формированием зоны максимальных касательных напряжений в подповерхностных слоях.

В результате чрезвычайно интенсивной пластической деформации, реализуемой в условиях внешнего трения, в поверхностном слое стальных изделий возникают ультрадисперсные, в том числе и нанокристаллические структуры. Наличие у возникающих в зоне фрикционного контакта структур особых свойств (высокой твердости и пластичности, повышенной устойчивости к разупрочнению при отпуске и фрикционной теплостойкости) позволяет рассматривать упрочняющую фрикционную обработку в качестве перспективного способа улучшения эксплуатационно-важных характеристик стальных поверхностей. Поэтому наряду с изучением износостойкости особую значимость приобретает исследование упрочнения сталей под воздействием трения.

Исследованию износостойкости сталей и сплавов посвящено большое количество работ. Получены результаты, имеющие важное научное и практическое значение. Но несмотря на повышенное внимание исследователей к проблеме износостойкости стальных изделий, многие важные вопросы, касающиеся структурных превращений, механизмов деформационного упрочнения и их влияния на сопротивление сталей изнашиванию, остаются недостаточно изученными. И если в литературе встречается довольно много работ, посвященных износостойкости легированных сталей, то закаленным углеродистым сталям, имеющим мартенситную основу, уделялось заметно меньшее внимание. В последние годы вышла серия работ, в которых изучена износостойкость углеродистых сталей с перлитной структурой. В них также получены интересные результаты, но обсуждение этих результатов выходит за рамки настоящего исследования.

Данная работа посвящена изучению влияния исходной структуры, а также структурных и фазовых превращений при трении на износостойкость закаленных углеродистых сталей.

Материалом исследования выбраны углеродистые стали с содержанием углерода от 0,04 до 1,84 мас.%, имеющие мартенситную основу.

Научная новизна работы. На основании проведенных исследований получены новые научные результаты, которые выносятся на защиту:

1. При изучении влияния концентрации углерода в мартенсите (от 0,04 до 1,35 мас.%) на абразивную износостойкость углеродистых сталей установлено, что между твердостью и износостойкостью отсутствует пропорциональная зависимость. Выявлено отрицательное влияние повышенной хрупкости высокоуглеродистого мартенсита на сопротивление абразивному изнашиванию в условиях пластического оттеснения.

2. Установлено, что метастабильный остаточный аустенит (в количестве до 70 об.%), присутствующий в закаленных высокоуглеродистых (0,83-1,84 мас.% С) сталях, может оказывать на абразивную износостойкость как положительное (в условиях микрорезания), так и отрицательное (в условиях пластического оттеснения) воздействие. Выявлено положительное влияние остаточного аустенита на износостойкость сталей, подвергнутых низкому отпуску.

3. Установлено, что первичный избыточный цементит и карбиды отпуска оказывают положительное влияние на сопротивление абразивному изнашиванию закаленных и отпущенных высокоуглеродистых сталей. Влияния графитных включений и размера зерна на абразивную износостойкость не выявлено.

4. При изучении влияния содержания углерода в сталях (от 0,38 до 1,35 мас.%) на износостойкость и деформационное упрочнение в условиях трения скольжения обнаружено, что между деформационным упрочнением углеродистых сталей и величиной их износа отсутствует прямая зависимость. Установлено, что фрикционное окисление повышающее сопротивление углеродистых сталей адгезионному схватыванию, в условиях усталостного изнашивания приводит к охрупчиванию и снижению износостойкости поверхностного слоя.

5. Показана возможность формирования высокопрочных и теплостойких нанокристаллических мартенситных структур в поверхностных слоях углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталей при фрикционном воздействии. Установлено, что с ростом концентрации углерода прочность таких структур повышается, однако снижается их теплостойкость. Фрикционная обработка обеспечивает существенное повышение износостойкости закаленных сталей при абразивном воздействии и трении скольжения.

Научная и практическая ценность работы заключается в подробном рассмотрении структурных аспектов износостойкости закаленных углеродистых сталей в условиях нагружения, близких к реальным условиям эксплуатации стальных деталей. Обсуждены важные вопросы, касающиеся структурных превращений, механизмов деформационного упрочнения и их влияния на сопротивление углеродистых сталей изнашиванию. Отмечены режимы термообработки, способствующие получению оптимальной структуры, обладающей повышенной прочностью и износостойкостью в различных условиях изнашивания. Показана возможность формирования высокопрочных и теплостойких нанокристаллических мартенситных структур в поверхностных слоях углеродистых сталей при фрикционном нагружении, что позволяет рассматривать упрочняющую фрикционную обработку в качестве перспективного способа улучшения эксплуатационно-важных характеристик стальных поверхностей. Даная работа является новым шагом в рассмотрении вопросов износостойкости и долговечности стальных изделий, расширяет металловедческий подход в этом направлении.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием проверенных и апробированных методов испытаний материалов, применением математических способов обработки экспериментальных данных и определения погрешностей измерений, а также использованием современных методов структурного анализа (рентгеновского, металлографического, электронно-микроскопического).

Результаты исследований, приведенные в настоящей работе, хорошо согласуются с полученными ранее другими исследователями расчетными данными и экспериментальными результатами.

Личный вклад автора. В представляемой научно-исследовательской работе при непосредственном участии автора получена значительная часть экспериментального материала.

Автором проведена термическая обработка используемых материалов (за исключением лазерной обработки низкоуглеродистых сталей), подготовлены образцы для испытаний на износостойкость. Испытания материалов в условиях абразивного изнашивания и трения скольжения, а также дюрометрические исследования выполнены совместно с к.т.н. Макаровым А.В. Автором проведен металлографический и рентгеноструктурный анализ образцов, а также подготовлены материалы для электронной микроскопии. Электронно-микроскопические исследования выполнены под руководством и при участии д.т.н. Коршунова Л.Г. и д.т.н. Яковлевой И.Л.

Диссертант принимал непосредственное участие при планировании эксперимента и в обсуждении полученных результатов, а также в написании статей и тезисов докладов. Результаты исследований неоднократно докладывались лично диссертантом на совещаниях и конференциях, в том числе и международных.

Основные научные результаты работы, изложенные в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих конференциях и совещаниях:

1. Всероссийская научно-техническая конференция "Прочность и разрушение материалов и конструкций", г. Орск, 22-25 июня 1998 г.

2. VIII Международный семинар "Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов", г. Екатеринбург, 16-20 марта 1999 г.

3. XV Уральская школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", г. Екатеринбург, 14-18 февраля 2000 г.

4. Международная конференция "Разрушение и мониторинг свойств металлов", г. Екатеринбург, 16-19 мая 2001 г.

5. V Международный семинар "Современные проблемы прочности" им. В.А. Лихачева, г. Старая Русса, 17-21 сентября 2001 г.

6. "Бернштейновские чтения по термомехаиической обработке металлических материалов", г. Москва, МИСиС, 24-25 октября 2001 г.

7. XVI Уральская школа металловедов-термистов "Проблемы физического металловедения перспективных материалов", г. Уфа, 4-8 февраля 2002 г.

8. Всероссийская конференция "Дефекты структуры и прочность кристаллов", посвященная 100-летию со дня рождения академика Г.В. Курдюмова, г. Черноголовка, 4-7 июня 2002 г.

9. V Международный симпозиум "Фазовые превращения в твердых растворах и сплавах", г. Сочи, 4-7 сентября 2002 г.

10. XIV Петербургские чтения по проблемам прочности, г. Санкт-Петербург, 12-14 марта 2003 г.

11. XVII Уральская школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", г. Киров, 2-6 февраля 2004 г.

12. II Евразийский симпозиум по проблемам прочности материалов и машин для регионов холодного климата, г. Якутск, 16-20 августа 2004 г.

13. III Международная конференция "Фазовые превращения и прочность кристаллов", посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, г. Черноголовка, 2024 сентября 2004 г.

14. XV Петербургские чтения по проблемам прочности, г. Санкт-Петербург, 12-14 апреля 2005 г.

15. X Международный семинар "Дислокационная структура и механические свойства металлов и сплавов", г. Екатеринбург, 18-22 апреля 2005 г.

16. XI Международная конференция по мартенситным превращениям ICOMAT-2005, Китай, г. Шанхай, 14-17 июня 2005 г.

17. XVIII Уральская школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", г. Тольятти, 6-10 февраля 2006 г.

18. IV Международная конференция "Фазовые превращения и прочность кристаллов", посвященная памяти академика Г.В. Курдюмова, г. Черноголовка, 4-8 сентября 2006 г.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных статей (из них 4 - в рецензируемых журналах, 8 - в сборниках научных трудов) и 13 тезисов докладов. Список основных публикаций приведен в конце диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, общих выводов и списка литературы, включающего 120 наименований. Объем диссертации - 154 страницы, 7 таблиц, 38 рисунков.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ:

1. Сопротивление углеродистого мартенсита абразивному изнашиванию возрастает (при микрорезании - линейно) по мере увеличения концентрации в нем углерода до 0,9 мас.% и остается на высоком уровне при дальнейшем росте содержания углерода до 1,2 мас.%. Отсутствие пропорциональной зависимости между исходной твердостью и абразивной износостойкостью углеродистого мартенсита обусловлено увеличением его способности к деформационному упрочнению при повышении содержания углерода от 0,5 до 0,9 мас.% вследствие активизации процессов деформационного динамического старения. При реализации механизма пластического оттеснения выявлено отрицательное влияние на абразивную износостойкость повышенной хрупкости мартенсита с концентрацией углерода 1,25-1,35 мас.%.

2. Формирование 60-70 об.% метастабильного остаточного аустенита при высокотемпературной закалке обеспечивает заэвтектоидным сталям максимальный уровень износостойкости в условиях микрорезания (изнашивание по корунду), однако снижает износостойкость при испытании по более мягкому абразиву -кремню, когда преобладает полидеформационный механизм разрушения. Наличие в закаленной структуре 25-60 об.% высокоуглеродистого остаточного аустенита замедляет резкое падение абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей при низкотемпературном (100—250°С) отпуске, поскольку остаточный аустенит (в отличие от мартенсита) сохраняет и после низкого отпуска свое положительное влияние на износостойкость.

3. Первичный избыточный цементит в количестве до 11 мас.% не оказывает заметного влияния на абразивную износостойкость закаленных и отпущенных при 75-150°С заэвтектоидных сталей, однако замедляет снижение износостойкости при температурах отпуска 175-300°С. Уровень абразивной износостойкости заэвтектоидных сталей повышается при увеличении объемной доли карбидов отпуска, однако мало зависит от степени коагуляции цементита и количества крупных избыточных карбидов, сохранившихся после аустенизации. Графитные включения и размер зерна не оказывают влияние на сопротивление высокоуглеродистых сталей изнашиванию в условиях микрорезания и пластического оттеснения.

4. Рост концентрации углерода в закаленных и пизкоотпущенных углеродистых сталях от 0,38 до 0,83 мас.% вызывает непрерывное повышение износостойкости при трении скольжения с высокими контактными нагрузками в безокислителыюй среде азота (при 20 и -196°С) и в воздушной атмосфере, что связано с увеличением прочности мартенситпой структуры и сменой основного механизма изнашивания от адгезионного к полидеформациоииому. Дальнейший рост содержания углерода в сталях до 1,35 мас.% сопровождается снижением износостойкости вследствие повышения хрупкости поверхностного слоя. Отсутствует прямая зависимость между интенсивностью деформационного упрочнения при трении углеродистых сталей и величиной их износа. Высокая твердость поверхностей трения сталей с низкой исходной твердостью не обеспечивает эффективного сопротивления адгезионному схватыванию вследствие разрушения материала по его глубинным, менее прочным слоям. Фрикционное окисление, повышающее сопротивление углеродистых сталей адгезионному схватыванию, в условиях полидеформационпого (усталостного) изнашивания приводит к охрупчиванию и, соответственно, снижению износостойкости поверхностного слоя.

5. Фрикционная обработка твердосплавным индептором, формирующая в поверхностных слоях закаленных углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталей структуру нанокристаллического деформационно состаренного мартенсита, существенно повышает их твердость (до 9,8-12,0 ГПа), сопротивление термическому разупрочнению при отпуске, а также износостойкость при абразивном воздействии и трении скольжения, в том числе в условиях значительного фрикционного нагрева. С увеличением концентрации углерода в сталях прочность нанокристаллических структур трения возрастает, однако эффект повышения теплостойкости снижается.

В заключение выражаю свою глубокую благодарность научным руководителям - академику РАН Счастливцеву Вадиму Михайловичу и кандидату технических наук Макарову Алексею Викторовичу за постоянное внимание и помощь на всех этапах работы над диссертацией.

Считаю своим долгом поблагодарить за творческое сотрудничество доктора технических наук Коршунова Льва Георгиевича и доктора технических наук Яковлеву Ирину Леонидовну, а также всех сотрудников лаборатории физического металловедения ИФМ УрО РАН и всех соавторов, без которых выполнение настоящей работы было бы невозможным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стали и сплавы на основе железа являются основным материалом при изготовлении различных деталей и инструмента, поэтому одной из важных научных и практических задач исследователей является изучение структуры и фазовых превращений, происходящих в сталях и сплавах при трении, а также их влияние на сопротивление сталей изнашиванию в различных условиях нагружеиия.

Данная работа посвящена изучению структурных аспектов износостойкости закаленных углеродистых сталей. Сопротивление сталей изнашиванию исследовано в условиях, близких к реальным условиям эксплуатации стальных изделий. Металлографическим, рентгеновским и электронно-микроскопическим методами исследованы структурные превращения, происходящие при трении в мартенсите закаленных и отпущенных углеродистых сталей.

Рассмотрено влияние содержания углерода (в количестве от 0,04 до 1,35 мас.%) на абразивную износостойкость мартенсита углеродистых сталей. Показано, что сопротивление углеродистого мартенсита абразивному изнашиванию непрерывно возрастает по мере увеличения концентрации в нем углерода до 0,9 мас.% и остается на максимальном уровне при дальнейшем повышении содержания углерода до 1,2 мас.%. Между твердостью и абразивной износостойкостью углеродистого мартенсита отсутствует строгая пропорциональная зависимость, что обусловлено увеличением способности мартенсита к деформационному упрочнению при повышении содержания в нем углерода от 0,5 до 0,9 мас.% вследствие активизации процессов деформационного динамического старения. Мартенситные структуры с более высокой концентрацией углерода (до 1,35 мас.%) в условиях абразивного воздействия характеризуются повышенной хрупкостью, особенно в условиях пластического оттеснения (царапания).

Установлены особенности влияния метастабильного (к деформационному у-»а превращению при механическом нагружении) остаточного аустенита на сопротивление закаленных высокоуглеродистых сталей абразивному изнашиванию. Показано, что наличие 60-70 об.% остаточного аустенита в сталях после высокотемпературной (> 1000°С) закалки обеспечивает заэвтектоидным сталям максимальный уровень износостойкости в условиях изнашивания по корунду, однако приводит к пониженной износостойкости при испытании по кремню в связи с уменьшением положительной роли "каркаса" из пластип мартенсита охлаждения в ограничении процессов полидеформационного (усталостного) разрушения поверхности сталей. Повышенное сопротивление изнашиванию метастабильного остаточного аустенита обусловлено его превращением при пагружении в высокопрочный мартенсит деформации, а также его положительным влиянием на вязкость разрушения, реализующегося в условиях изнашивания. Электронно-микроскопическим методом рассмотрено формирование при абразивном воздействии ультрадисперсной фрагментированной структуры и выделений высокодисперсного мартенсита деформации в поверхностном слое стали с преимущественно аустенитной структурой. Рентгеновским методом изучено развитие у-»а превращения по глубине поверхностного слоя и в продуктах изнашивания сталей. Показано, что при низкотемпературном (100—250°С) отпуске наблюдается резкое падение износостойкости мартенситных структур с концентрацией углерода 0,7-1,3%. Метастабильный остаточный аустенит замедляет снижение износостойкости закаленных высокоуглеродистых сталей при низком отпуске, так как сохраняет свое положительное влияние на износостойкость и после нагрева в интервале температур 100—250°С.

Установлено, что избыточная карбидная фаза в количестве до 11 мас.% не оказывает заметного влияния на твердость и абразивную износостойкость заэвтектоидных сталей, закаленных от 790°С и отпущенных при 75-150°С, однако замедляет снижение твердости и износостойкости при температурах отпуска 175— 300°С. Отсутствие положительного влияния карбидной фазы на износостойкость при более низких температурах отпуска обусловлено тем, что микротвердость поверхности абразивного изнашивания закаленной и отпущенной при 150°С высокоуглеродистой стали не уступает микротвердости избыточного цементита. Лишь после отпуска при 175°С и выше микротвердость на поверхности абразивного изнашивания металлической основы становится меньшей, чем средняя микротвердость цементита. Резкое падение твердости сталей в интервале температур отпуска 350-700°С сопровождается относительно небольшим снижением износостойкости, поскольку коагуляция не изменяет объемной доли карбидной фазы. Абразивная износостойкость заэвтектоидных сталей, подвергнутых среднему и высокому отпускам, возрастает при увеличении объемной доли карбидов отпуска и практически не зависит от количества крупных избыточных карбидов. Не выявлено влияния размера зерна и графитных включений на абразивную износостойкость высокоуглеродистых сталей.

Изучены трибологические свойства и деформационное упрочнение при фрикционном нагружении твердосплавным индентором в различных средах (газообразный и жидкий азот, воздух) закаленных неотпущениых и отпущенных при 200°С углеродистых (0,38-1,35 мас.% С) сталей. Показано, что рост концентрации углерода в сталях до 0,83 мас.% вызывает повышение износостойкости при трении скольжения. Это связано с увеличением прочности мартенситной структуры, обусловливающим смену основного механизма изнашивания - от адгезионного к полидеформационному. Дальнейший рост содержания углерода в сталях до 1,35 мас.% сопровождается снижением износостойкости вследствие повышения хрупкости мартенситной структуры.

Между износостойкостью углеродистых сталей при трении скольжения с большими контактными нагрузками и интенсивностью их деформационного упрочнения отсутствует прямая зависимость. Мартенсит, содержащий 0,35-0,5% углерода (стали 35 и 50), обладает наибольшей способностью к деформационному упрочнению при адгезионном изнашивании, что обусловлено его повышенной способностью к интенсивной пластической деформации в рассматриваемых условиях фрикционного нагружения. Высокая твердость поверхностей трепия относительно "мягких" сталей не обеспечивает эффективного сопротивления адгезионному схватыванию вследствие разрушения материала по его глубинным, менее прочным слоям. Отмечено, что фрикционное окисление повышает сопротивление углеродистых сталей адгезионному схватыванию, однако в условиях усталостного изнашивания насыщение поверхностного слоя кислородом приводит к охрупчивапию и, соответственно, снижению износостойкости.

В работе исследовано влияние концентрации углерода (0,38-1,35 мас.%) на твердость и сопротивление термическому разупрочнению при отпусках (100

600°С) нанокристаллических структур, сформированных при фрикционном воздействии твердосплавным индентором в поверхностном слое закаленных углеродистых сталей. Установлено, что с ростом концентрации углерода прочность нанокристаллических структур повышается, однако снижается их теплостойкость. Фрикционная обработка обеспечивает существенное повышение износостойкости закаленных сталей при абразивном воздействии и трении скольжения. Это позволяет рассматривать упрочняющую фрикционную обработку в качестве перспективного способа улучшения эксплуатационно-важных характеристик стальных поверхностей.

1. Хрущов М.М., Бабичев М.А. Абразивное изнашивание. М.: Наука. 1970. 252 с.

2. Бакли Д. Поверхностные явления при адгезии и фрикционном взаимодействии: Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1986. 359 с.

3. Демкин Н.Б., Рыжов Э.В. Качество поверхности и контакт деталей машин. М.: Машиностроение. 1981.246 с.

4. Дерягин Б.В., Кротова Н.А., Смилга В.П. Адгезия твердых тел. М.: Наука. 1973. 182 с.

5. Костецкий Б.И., Носовский И.Г., Караулов А.К. Поверхностная прочность материалов при трении. Киев: Техника. 1976. 292 с.

6. Кащеев В.Н. Процессы в зоне фрикционного контакта металлов. М.: Машиностроение. 1978. 213 с.

7. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение. 1968. 479 с.

8. Dautzenberg J.H., Zaat J.H. Quantitative determination of deformation by sliding wear //Wear. 1973. V.23.N 1. P. 9-19.

9. Боуден Ф.П., Тейбор Д. Трение и смазка твердых тел: Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1968. 543 с.

10. Mutton P.J. and Watson J.D. Some effect of Microstructure on the Abrasion Resistance of Metals // Wear. 1978. V. 48. N 3. P. 385-398.

11. Банных О.А., Блинов B.M., Костина M.B. О взаимосвязи износостойкости с фазовым составом и механическими свойствами новых высокоазотистых железохромистых сплавов // Металлы. 2000. № 2. С. 57-64.

12. Герасимов С.А., Велищанский А.В., Кучерявый В.И., Герасимова Н.Г. Влияние структурных факторов на износостойкость азотированных сталей // Трение и износ. 1988. Т.19.№ 2. С. 227-230.

13. Костецкий Б.И. Сопротивление изнашиванию деталей машин. М.: Машиностроение. 1959. 478 с.

14. Голего H.JI. Схватывание в машинах и методы его устранения. Киев: Техника. 1965.231 с.

15. Носовский Н.Г. Влияние газовой среды на износ металлов. Киев: Техника. 1968. 178 с.

16. Тененбаум М.М. Сопротивление абразивному изнашиванию. М.: Машиностроение. 1976. 271 с.

17. Балтер М.А. Упрочнение деталей машин. М.: Машиностроение. 1978. 184 с.

18. Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л. Структура термически обработанной стали. М.: Металлургия. 1994. 288 с.

19. Садовский В.Д., Фокина Е.А. Остаточный аустенит в закаленной стали. М.: Наука. 1986. 113 с.

20. Гольдштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. М.: Металлургия. 1985. 408 с.

21. Курдюмов Г.В. Явления закалки и отпуска стали. М.: Металлургия. 1960. 64 с.

22. Лысак Л.И., Николин Б.И. Физические основы термической обработки стали. Киев: Техника. 1975. 302 с.

23. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия. 1986. 480 с.

24. Курдюмов Г.В., Утевский Л.М., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М.: Наука. 1977.236 с.

25. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали. Екатеринбург: УрО РАН. 1999. 496 с.

26. Гольдштейн М.И., Фарбер В.М. Дисперсионное упрочнение стали. М.: Металлургия. 1979. 208 с.

27. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Черненко Н.Л. Структурные аспекты износостойкости сталей мартенситного класса // ФММ. 1994. Т. 78. № 4. С. 128146.

28. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей: Пер. с англ. М.: Металлургия. 1982. 182 с.

29. Келли А. Высокопрочные материалы. М.: Машиностроение. 1976. 216 с.

30. Курдюмов Г.В., Энтин Р.И. Структура и прочность стали // Изв. АН СССР. Металлы. 1969. № 1. С. 31-39.

31. Альшевский Ю.А., Курдюмов Г.В. Влияние пластической деформации на кристаллическую структуру мартенсита // ФММ. 1970. Т. 30. Вып. 2. С. 413-417.

32. Блантер М.Е., Шамиев С.Ш. Влияние углерода и холодной пластической деформации после закалки на свойства стали // МиТОМ. 1965. № 9. С. 32-37.

33. Сороко-Новицкая А.А. Износостойкость углеродистой стали, имеющей различную структуру // Трение и износ в машинах. Сб. XIII. М.: Изд-во АН СССР. 1959. С. 5-18.

34. Хрущов М.М., Сороко-Новицкая А.А. Сопротивление абразивному изнашиванию углеродистых сталей // Изв. АН СССР. Отд. техн. наук. 1955. № 12. С. 35-47.

35. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Осинцева А.Л. Исследование износостойкости и структурных превращений при абразивном изнашивании стали У8, упрочненной лазером // Трение и износ. 1988. Т. 9. № 1. С. 52-59.

36. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Счастливцев В.М., Яковлева И.Л., Осинцева А.Л. Структура и износостойкость стали У8, обработанной лазером // ФММ. 1988. Т. 66. Вып. 5. С. 948-957.

37. Курдюмов Г.В., Верещагин Л.Ф., Энтин Р.И. Деформационное старение мартенсита с применением гидроэкструзии // ФММ. 1970. Т. 29. Вып. 4. С. 869-873.

38. Береснев Г.А., Клейнер Л.М., Саррак В.И., Энтин Р.И. Влияние способа упрочнения на сопротивление разрушению стали в присутствии поверхностного концентратора напряжений // ФММ. 1970. Т. 29. Вып. 2. С. 427-428.

39. Sherman A.M., Edlis G.T., Cohen M. The aging tempering of iron-nickel-carbon martensites//MetallurgicalTransaction. 1983. A.14. N6. P. 995-1005.

40. Гаврилюк В.Г. Распределение углерода в стали. Киев: Наукова думка. 1987. 208 с.

41. Котгрелл А.Х. Дислокации и пластическое течение в кристаллах. Пер. с англ. М.: Металлургия. 1958. 267 с.

42. Гаврилюк В.Г., Герцрикеп Д.С., Полушкин Ю.А., Фальчепко В.М. Механизм распада цементита при пластической деформации стали // ФММ. 1981. Т. 51. Вып. 1.С. 147-152.

43. Курдюмов Г.В. О кристаллической структуре закаленной стали. Проблемы металловедения и физики металлов. М.: Металлургия. 1968. Вып. 58. С. 8-23.

44. Wilson D.V. Effect of plastic deformation on carbide precipitation in steel // Acta Metallurgica. 1957. V. 5. N 6. P. 293-302.

45. Kalish D., Kohen M. Structural changes and strengthening in the strain tempering of martensite // Materials Science and Engineering. 1970 V. 6. P. 156-166.

46. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Черненко Н.Л., Насонов С.П. Структура, прочность и теплостойкость мартенсита стали У8, деформированной трением // ФММ. 1996. Т. 82. Вып. 2. С. 38-48.

47. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Черненко Н.Л. Структурные аспекты износостойкости сталей мартенситного класса // ФММ. 1994. Т. 78. Вып. 4. С. 128146.

48. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л., Коваль Н.Н., Крейндель Ю.Е., Осипов И.В., Чупракова И.Ю. Структура и износостойкость цементированной стали 20ХНЗА, подвергнутой электронно-лучевой и лазерной обработкам // ФММ. 1989. Т. 68. Вып. 1.С. 126-132.

49. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Осинцева АЛ. Влияние отпуска и фрикционного нагрева на износостойкость стали У8, закаленной лазером // Трение и износ. 1991. Т. 12. №5. С. 870-878.

50. Химич ГЛ., Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Осинцева А.Л. Износостойкость и структурные превращения стали 35, упрочненной излучением лазера // Машиноведение. 1986. № 3. С. 99-102.

51. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Повышение твердости и износостойкости закаленных лазером стальных поверхностей с помощью фрикционной обработки // Трение и износ. 2003. Т. 24. № 3. С. 301-306.

52. Попов B.C., Титух Ю.И. Рентгеноструктурное исследование превращений в рабочей поверхности сплавов при абразивном изнашивании // МиТОМ. 1975. № 1. С. 24-27.

53. Саррак В.И., Суворова С.О., Эптин Р.И. О взаимодействии дислокаций с атомами углерода в мартенсите // Проблемы металловедения и физики металлов. М.: Металлургия. 1968. Вып. 58. С. 151-157.

54. Коршунов Л.Г. Структурные превращения в зоне фрикционного контакта и их влияние па износостойкость метастабильных сплавов железа. Диссертация на соискание степени доктора технических наук. Свердловск. 1991. 584 с.

55. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М.: Металлургия. 1975. 584 с.

56. Садовский В.Д. Смирнов Л.В. Олесов В.Н., Фокина Е.А. Термомеханическая обработка метастабильных аустенитных сталей // ФММ. 1976. Т. 41. Вып.1. С. 144158.

57. Razum С. Restaustenit-zum Kenntnisstand uber Ursache und Auswirkungen bei einsatzgeharteten Stahlen//Harterei-Technische Mitteilungen. 1985. H. 4. S. 150-165.

58. Сагарадзе B.C. Повышение надежности цементуемых изделий. М.: Машиностроение. 1975. 216 с.

59. Siepa I. Einflub des Restaustenit nach dem Einsatzharten auf den Walzverschleib // Neue Hutte. 1984. B. 29. H. 4. S. 452-455.

60. Геллер A.JI., Винокур Б.Б. Фазовый состав и контактная выносливость цементованного слоя стали // Изв. Ан СССР. Металлы. 1986. № 3. С. 197-202.

61. Попов С.М., Попов B.C. Превращения в поверхностном слое сталей при абразивном износе // МиТОМ. 1973. № 3. С. 60-62.

62. Попов B.C., Брыков Н.Н., Андрущенко М.И. Сопротивляемость абразивному изнашиванию сплавов со структурой метастабильного аустенита в зависимости от их химического состава // Трение и износ. 1991. Т. 12. № 1. С. 163-170.

63. Геллер А.Л., Юрко В.Н. Остаточный аустенит и износостойкость легированных цементованных сталей // Изв. вузов. Черная металлургия. 1991. № 6. С. 66-69.

64. Вольтова Т.Ф. Высокомарганцовистые стали и сплавы. М.: Металлургия. 1988. 343 с.

65. Малинов Л.С., Харланова Е.Я., Малинова Е.Л. Абразивная износостойкость высокоуглеродистых марганцевованадиевых сталей // МиТОМ. 1993. № 2. С. 2527.

66. Богачев И.Н., Коршунов Л.Г., Рудаков А.А., Истомин В.В. Влияние количества остаточного аустенита на износостойкость стали 9X18 при трении // МиТОМ. 1976. № 1. С.34-39.

67. Дорохов В.В., Киселева И.В., Рыжиков А.А. Абразивная износостойкость высокоуглеродистой хромоникелевой стали // МиТОМ. 1993. № 2. С. 30-33.

68. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Счастливцев В.М., Черненко Н.Л., Филиппов Ю.И. Структура, трибологические и механические свойства азотсодержащих высокохромистых сталей с мартенситной основой // ФММ. 2003. Т. 96. № 3. С. 101112.

69. Шамахсудов С.М., Мухамедов Т.А. Влияние параметров структуры на абразивную износостойкость стали // Изв. вузов. Черная металлургия. 1990. № 2. С. 68-70.

70. Zum Gahr К,- H. The Influence of Thermal Treatments on Abrasive Wear Resistance of Tool Steels // Zs. Metallkunde. 1977. Bd. 68. H. 12. S. 783-792.

71. Виноградов B.H., Сорокин Г.М., Колокольников М.Г. Абразивное изнашивание. М.: Машиностроение. 1990. 222 с.

72. Макаров А.В., Насонов С.П., Коршунов Л.Г., Черненко H.J1. Влияние дополнительного легирования ванадием и молибденом на структуру и износостойкость высокоуглеродистой мартенситной стали // ФММ. 1997. Т. 83. Вып. 2. С. 128-137.

73. Мельников В.П. Абразивная износостойкость углеродистых и малолегированных сталей в различных структурных состояниях // МиТОМ. 1976. № 6. С. 45-46.

74. Макаров А.В., Коршунов Л.Г. Влияние лазерной закалки на износостойкость сталей с различным содержанием углерода // В кн.: Актуальные вопросы лазерной обработки сталей и сплавов. Уфа: Технология. 1994. Гл. 2. С. 30-57.

75. Шамахсудов С.М. О механизме разрушения термически обработанной стали при абразивном изнашивании // МиТОМ. 1983. № 5. С. 33-34.

76. Садовский В.Д. Структурная наследственность в стали. М.: Металлургия. 1973. 205 с.

77. Hornbogen Е. Microstructure and wear. Metallurgical Aspects of wear // Bad Pyrmont. 1979. P. 23-49.

78. Коршунов Л.Г., Полякова A.M., Черненко Н.Л., Умова B.M. Влияние размера зерна и температуры отпуска на износостойкость стали 38XH3MOA // ФММ. 1986. Т. 61. Вып. 5. С. 1007-1012.

79. Heilmann P., Clark W.A., Rigney D.A. Orientation determination of subsurface cells generated by sliding //Acta Metallurgica. 1983. V. 31. N 8. P. 1293-1305.

80. Лихачев B.A., Панин B.E., Засимчук Е.Э. Кооперативные деформационные процессы и локализация деформации. Киев: Наукова думка. 1989. 320 с.

81. Коршунов Л.Г., Богачев И.Н., Чумакова Л.Д., Ткачева С.И. Влияние мартенситного превращения на упрочнение и износостойкость аустепитных сталей при трении // ФММ. 1973. Т. 36. Вып. 5. С. 1005-1011.

82. Коршунов Л.Г. Структурные превращения при трении и износостойкость аустенитпых сталей // ФММ. 1992. Вып. 8. С. 3-21.

83. Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л. Структурные превращения при трении и износостойкость сплавов системы Fe-Mn, содержащих е-мартенсит // ФММ. 1987. Т. 63. Вып. 2. С. 319-328.

84. Korshunov L.G., Makarov A.V., Chernenko N.L. Ultrafme Structures Formed upon Friction and Their Effect on the Tribological Properties of Steels // The Physics of Metals and Metallography. 2000. V. 90. Suppl. 1. P. S48-S58.

85. Макаров A.B., Коршунов Л.Г. Прочность и износостойкость нанокристаллических структур поверхностей трения сталей с мартенситной основой // Известия высших учебных заведений. Физика. 2004. № 8. С. 65-80.

86. Коршунов Л.Г., Черненко Н.Л. Влияние 8-мартепсита па абразивную износостойкость железомарганцевых сплавов // ФММ. 2002. Т.94. № 6. С. 53-61

87. Hirth I.P. and Rigney D.A. The application of dislocation concepts in friction and wear. Dislocations in Solids // Edited by F.R.N. Nabarro. 1983. V. 6. C. 25. P. 3-54.

88. Коршунов Л.Г., Макаров А.В., Черненко Н.Л., Насонов С.П. Структура, прочность и теплостойкость мартенсита стали У8, деформированной трением // ФММ. 1996. Т. 82. Вып. 2. С. 38-48.

89. Кайбышев О.А., Валиев Р.З. Границы зерен и свойства металлов. М.: Металлургия. 1987. 214 с.

90. Кайбышев О.А. Сверхпластичность промышленных сплавов. М.: Металлургия. 1984. 263 с.

91. Gleiter Н. Nanostructured materials: state of the art and perspectives // Elsevier Science Ltd. 1995. V. 6. P. 3-14.

92. Гарбар И.И., Кисель А.С. Прочность фрагментированных структур в поверхностном слое и в объеме металла // Доклады АН СССР. Сер. Техн. физика. 1991. Т. 318. №6. С. 1381-1385.

93. Tao N.R., Wang Z.B., Tong W.P., Sui M.L., Lu J., Lu K. An investigation of surface nanocristallization mechanism in Fe induced by surface mechanical attrition treatment // Acta mater. 2002. V. 50. N 18. P. 4603-4616.

94. Колубаев A.B., Тарасов С.10. Закономерности формирования поверхностных структур при трении с высокими нагрузками // Трение и износ. 1998. Т. 19. № 3. С. 379-385.

95. Hei Z.K., Lu J., Lu К., Liu G., Zhang H. Formation of nanostructured surface layer on AISI 304 stainless steel by means of mechanical attrition treatment // Acta mater. 2003. V. 51. N7. P. 1871-1881.

96. Одинцов Л.Г. Упрочнение и отделка деталей поверхностным пластическим деформированием. Справочник. М.: Машиностроение. 1987. 327 с.

97. Патент 2194773 (Россия). Способ обработки стальных изделий. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Осинцева А.Л. Опубликовано в БИМП. 2002. № 35.

98. Зайдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. Ленинград: Наука. 1974.215 с.

99. Польцер Г., Майсснер Ф. Основы трения и изнашивания. Пер. с нем. М.: Машиностроение. 1984. 264 с.

100. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977. 526 с.

101. Кузнецов В.Д. Физика резания и трения металлов и кристаллов. Избранные труды. М.: Наука. 1977. 310 с.

102. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктурному анализу поликристаллов. М.: Гос. Изд-во физико-математической литературы. 1961. 864 с.

103. Горелик С.С., Расторгуев Л.Н., Скаков Ю.А. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. М.: Металлургия. 1970. 366 с.

104. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов. Справочник. М.: Машиностроение. 1979. 133 с.

105. Уманский Я.С. Рентгенография металлов. М.: Металлургия. 1967. 236 с.

106. Buckley D.H., Johnson R.L. The influence of crystal structure and some properties of hexagonal metals on friction and adhesion// Wear. 1968. V. 11. N 6. P. 405-419.

107. Филиппов M.A., Студенок E.C., Эфрос Б.М. Роль структурных превращений в слоях приработки аустенитных сталей при сопротивлении их абразивному изнашиванию // Трение и износ. 1993. Т. 14. № 3. С. 532-538.

108. Charnock W., Nutting J. The effect of carbon and nickel upon the stacking fault energy of iron// Metal Sci. J. 1967. V. 1.Р. 123-127.

109. Адеев B.M., Петров Ю.Н. Влияние углерода на энергию дефекта упаковки аустенита в углеродистой стали // Украинский физический журнал. 1975. Т. 20. № 12. С. 2004-2008.

110. Zum Gahr К.- Н. Reubing und Verschleibeines aussheidungshartbaren austenitischen Stahls unter abrasiver Bedingungen // Zs. Metallkunde. 1977. Bd. 68. H. 5. S. 381-389.

111. Winchell P.G., Cohen М. The Strength of Martensite // Transactions of American Society for Metals. 1962. V. 55 (I). P. 347-361.

112. Swahn H., Becker P.C. and Vingsbo O. Martensite decay during rolling contact fatigue in ball bearings // Metallurgical Transactions. 1976. V. 7A. N 8. P. 1099-1110.

113. Shabashov V.A., Korshunov L.G., Mukoseev A.G., Sagaradze V.V., Makarov A.V., Pilyugin V.P., Novikov S.I., Vildanova N.F. Deformation-induced phase transitions in a high-carbon steel // Materials Science and Engineering. 2003. V. A346. P. 196-207.

114. Дегтярев М.В., Чащухина Т.И., Воронова JI.M., Давыдова JI.C., Пилюгин В.П. Формирование сверхмелкозериистой структуры при рекристаллизации сильнодеформированной конструкционной стали // ФММ. 1994. Т. 77. № 2. С. 141146.

115. Дегтярев М.В., Воронова JI.M., Чащухина Т.П. Особенности формирования и рекристаллизации субмикрокристаллической структуры закаленной стали 20Г2Р. II. Низкотемпературная рекристаллизация // ФММ. 2005. Т. 99. № 4. С. 83-89.1. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

116. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Коган Л.Х., Горкунов Э.С., Солодова И.Л., Осинцева А.Л. Абразивная износостойкость углеродистых и низколегированных инструментальных сталей и ее оценка неразрушающими методами // Трение и износ. 1998. Т. 19. № 5. С. 633-641.

117. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Солодова И.Л. Износостойкость и деформационное упрочнение углеродистых и низколегированных инструментальных сталей в условиях трения скольжения с большими контактными нагрузками//Трение и износ. 2000. Т. 21. № 5. С. 501-510.

118. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Счастливцев В.М., Солодова И.Л., Яковлева И.Л. Структура и абразивная износостойкость закаленных и отпущенных заэвтектоидных углеродистых сталей // ФММ. 2004. Т. 98. № 4. С. 96-112.