Учёные Новосибирского государственного технического университета НЭТИ разработали новую технологию упрочнения сталей, используемых при изготовлении деталей ударных машин. Об этом сообщили в пресс-службе НГТУ НЭТИ.
Эффективность технологии была экспериментально подтверждена результатами промышленных испытаний, проведённых совместно с научно-производственным объединением «Горное машиностроение» (ООО «НПО «ГОРМАШ»). В рамках исследования учёные изучали три метода упрочнения стали: классическую закалку с отпуском, изотермическую закалку с образованием структуры нижнего бейнита и новую термическую обработку, разработанную в НГТУ НЭТИ, которая включает мартенситно-бейнитное превращение аустенита. Оценку эффективности проводили по комплексу механических характеристик, параметрам структуры и результатам фрактографического анализа изломов деталей после испытаний.
Новая технология характеризуется следующим образом. Сталь нагревают до 860–900 °С, затем быстро охлаждают до 180–200 °С в печи-ванне с расплавом солей. После этого её нагревают в камерной печи до 350–400 °С и выдерживают при этой температуре в течение одного часа. На первом этапе из аустенита формируются кристаллы мартенсита, создавая прочный «каркас» в стали. На втором этапе параллельно происходят два процесса: мартенсит подвергается отпуску, а оставшийся переохлаждённый аустенит преобразуется в структуру нижнего бейнита.
В результате в стали формируется сложная структура, состоящая из отпущенного мартенсита и нижнего бейнита. Кристаллы мартенсита обеспечивают высокую прочность, в то время как области нижнего бейнита улучшают сопротивление распространению трещин. Важным преимуществом технологии является отсутствие необходимости последующего отпуска, что позволяет сократить время термической обработки и снизить её стоимость.
Лабораторные исследования показали, что новая термическая обработка с мартенситно-бейнитным превращением аустенита увеличивает показатели ударной вязкости и трещиностойкости стали ХВГ в полтора раза по сравнению с традиционной закалкой, применяемой для изготовления деталей ударного оборудования. При этом прочность и твёрдость материала остаются на высоком уровне.
«Технология формирования в сталях смешанной мартенситно-бейнитной структуры была разработана и запатентована на кафедре материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ. Ее особенность заключается в следующем. Сталь нагревают до температуры 860…900 °С, затем быстро охлаждают до температуры 180…200 °С в печи-ванне с расплавом солей, далее ее нагревают в камерной печи до температуры 350…400 °С и выдерживают при этой температуре в течение часа. На первом этапе обработки из аустенита выделяются кристаллы мартенсита и в стали образуется прочный «каркас», на втором этапе в стали параллельно протекают два процесса: мартенсит, выделившийся на первом этапе, отпускается, а оставшийся переохлажденный аустенит трансформируется в структуру нижнего бейнита», – рассказал руководитель проекта, доцент кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ доктор технических наук Альберт Попелюх.
Эффективность способов упрочнения оценивали в ходе промышленных испытаний ударной машины PUMA-40, выпускаемой НПО «Гормаш». Применение новой технологии для зажимных кулачков обеспечило их надёжную работу в течение требуемого срока и предотвратило выход из строя из-за усталостного разрушения. Разработку также можно использовать для увеличения эксплуатационного ресурса высоконагруженных деталей различных видов горных машин и оборудования.
Новосибирские материаловеды работают над прочностью металлов в нескольких направлениях. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», учёные НГТУ НЭТИ ищут способ сделать титановые сплавы менее хрупкими. Термическая обработка помогла повысить их устойчивость к трещинам на 30%.