Исследование триботехнических свойств высокоазотистых марганцевых сталей после наводораживания

В. А. Колесников

Восточноукраинский национальный университет  им. Владимира  Даля, 91034, кв. Молодежный 20а, Луганск, Украина

Высокоазотистые стали обладают повышенными физико-механическими свойствами (s_в = 1800…2000 МPа_, K_IC ≥ 500 MPa). Благодаря этому они широко применяются в железнодорожном транспорте, строительстве, морской технике, медицине. Однако области их применения еще не исчерпаны. Одно из наиболее перспективных направлений их использования это водородная энергетика. Не исключено, что таким материалам придется работать в условиях трения и в водородосодержащих средах [1]. Имеются отдельные сведения [2] о том, что высокоазотистые стали обладают повышенной водородной стойкостью по сравнению с другими материалами. В работе [2] показано, что среди исследуемых материалов наиболее малочувствительной к водороду сталью является высокоазотистая сталь с пределом прочности 900 МПа и пластичностью 60%, которую она сохраняет в среде водорода до Т = 650 К. Отмечается для получения высокой водородной стойкости необходимо, избегать появления нитридов.

Сейчас, с развитием новой техники, требования к материалам деталей для изготовления узлов трения постоянно ужесточаются. Возможно, что их значительное количество будет работать в условиях водородного износа.

В работе исследовалась износостойкость высокоазотистых аустенитных марганцевых сталей в условиях сухого трения (ролик по ролику) на установке СМТ – 1 (2070). Скорость вращения верхнего ролика составляла 1240 оборотов в минуту, а нижнего 1480. В качестве контртела использовали сталь 1.0503 (Германия) – аналог стали 45. Наводораживание сплавов проводили при силе тока 0,5 А на см² в растворе серной кислоты. Металлографические исследования проводили (в.ч. продуктов износа) на микроскопе Neophot 2, с подключением ноутбука и цифровой камеры Canon EOS 30D. Поверхности трения исследовали на электронном микроскопе EVO-40XVP с системой микроанализа INCA Energy 350

Установлено, что наводороженные стали изнашиваются в 5- ть раз интенсивные, чем ненаводороженные. При последующих экспериментах с этими образцами (с увеличением времени после наводораживания), интенсивность износа снижается (возможно, из-за двух факторов: приработка образцов и снижение количества водорода в поверхностном слое сплава).

Выявлено, что с увеличением нагрузки размер продуктов износа увеличивается. Для ненаводороженных образцов составляет 25…40 мкм (нагрузка 40 кг), 25…100 мкм (нагрузка 50 кг). Для наводороженных образцов размер частичек 350 мкм (при нагрузке 25 кг), 600 мкм (нагрузка 40 кг).

Проанализирована и описана морфология продуктов износа. Отмечено на существенное различие во внешнем виде частичек износа наводороженных и ненаводороженных сплавов. Сделаны предположения о различных механизмах разрушения данных сплавов в условиях трения и деградации материала под действием водорода.

Ранее нами выдвигалась гипотеза о том, что в условиях трения скольжения инициаторами зарождения трещин в чугунах могут быть сульфиды [3]. Выдвинута гипотеза, о том, что в условиях трения скольжения и трения качения, инициаторами зарожденияразвития трещин в  сталях, в некоторых случаях  могут быть: карбиды, нитриды, интерметаллические фазы σ – типа.

1.      Balytskyi O.I., Kolesnikov V.O., Kaviak P. Tribotechnical properties of austenitic manganese steels and cast-irons under sliding friction conditions // Materials Science.– vol.41.-№ 5.-2005. – Р. 624 – 630.

2.    Ткачев В.И, Холодный В.И., Витвицкий В.И. Водородная усталость сталей // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecjlogy ISJAEE. – № 3 (11). – 2004. – С.34 – 36.

3.    Balytskyi O.I., Kolesnikov V.O. Investigation of wear products of austenitic manganese cast-iron // Materials Science.– vol.40.-№ 1.-2004. – Р. 78 – 82.