satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2019-18-5-369-379sat-2024Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕMECHANICAL ENGINEERINGПовышение свойств инструментальных сталей методом динамического легированияImproving Properties of Tool Steels by Method of Dynamic AlloyingКалиниченкоА. С.KalinichenkoA. S.

Доктор технических наук

Адрес для переписки: Калиниченко Александр Сергеевич – Белорусский национальный технический университет, просп. Независимости, 65, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 29 190-64-90    akalinichenko@bntu.by

Address for correspondence: Kalinichenko Alexander S. – Belarusian National Technical University, 65 Nezavisimosty Ave., 220013, Minsk, Republic of Belarus. Tel.: +375 29 190-64-90    akalinichenko@bntu.by

akalinichenko@bntu.byОвчинниковВ. И.OvchinnikovV. I.

Кандидат технических наук

УшеренкоС. М.UsherenkoS. M.

Доктор технических наук, профессор

Яздани-ЧератиДжавад Ф.Yazdani-CheratiJavad F.

Аспирант

Белорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusИнститут порошковой металлургии», Обособленное хозрасчетное структурное подразделение «Научно-исследовательский институт импульсных процессов с опытным производствомБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarusБелорусский национальный технический университетБеларусьPowder Metallurgy Institute, Separate self-supporting division “Research Institute of Pulse Processes with pilot production“Belarus201914102019185369379Copyright © Калиниченко А.С., Овчинников В.И., Ушеренко С.М., Яздани-Черати Д.Ф., 20192019Калиниченко А.С., Овчинников В.И., Ушеренко С.М., Яздани-Черати Д.Ф.Kalinichenko A.S., Ovchinnikov V.I., Usherenko S.M., Yazdani-Cherati J.F.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2024

В настоящее время достаточно широко изучаются вопросы влияния высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры и свойств материалов. Эффект, который оказывают частицы, двигающиеся с очень высокой скоростью, может быть как негативный, например, в космических аппаратах, так и положительный – при динамической обработке инструментальных сталей. Поэтому была поставлена задача по изучению воздействия высокоскоростных потоков частиц на изменение структуры инструментальных сталей и повышение их эксплуатационных свойств. В работе использовался взрывной метод создания высокоскоростного потока частиц SiС + Ni и Al2O3. Образцы после динамического легирования подвергались диффузионному азотированию. Микроструктура образцов из сталей Х12М, P18, Р6М5К5 изучалась с помощью оптической и электронной металлографии. Испытывалась и износостойкость образцов на машине трения. В ходе исследований были получены теоретические и экспериментальные результаты по комплексному воздействию высокоскоростных потоков микрочастиц и азотирования на структуру и свойства инструментальных сталей. Установлено, что динамическое легирование частицами приводит к формированию специфической структуры композиционного материала, армированного каналами. Центральная волоконная (канальная) зона с остатками частиц порошка окружена областями с аморфным строением, которая сменяется зоной с нанокристаллической с фрагментированной ячеистой структурой. Затем наблюдается зона с микрокристаллической структурой, которая переходит в зону кристаллического строения, характерного для матричного материала конструкционной стали. Полученные данные могут расширить и дополнить некоторые представления о механизмах динамического нагружения твердых тел и конденсированных сред, пластической деформации, физической механики структурно-неоднородных сред на различных уровнях, ряде эффектов, возникающих при соударении и сверхглубоком проникании микрочастиц в металлы. Установлено, что износостойкость быстрорежущей стали, подвергнутой динамическому легированию в закаленном состоянии, увеличивается в 1,2 раза по сравнению с износостойкостью стали, легированной в состоянии отжига.

The influence of high-speed particle fluxes on changes in the structure and properties of materials has been widely studied currently. The effect exerted by particles moving at very high speeds can have both negative (in spacecrafts) and positive character (dynamic processing of tool steels). Therefore a task for studying an effect of high-speed particle flows on structure change in tool steels and improving their performance properties has been set in the paper. The study has used an explosive method for creation of a high-speed flow of SiC + Ni and Al2O3 particles. Samples after dynamic alloying have been subjected to diffusion nitriding. Microstructure of specimens made of X12M, R18, R6M5K5steel has been studied using optical and electron metallography. Wear resistance of the samples has been also tested on a friction machine. Theoretical and experimental results on a complex effect of high-speed microparticle flows and nitriding on a structure and properties of tool steels have been obtained during the research. It has been established that dynamic alloying by particles leads to formation of a specific structure in a composite material reinforced with channels. Central fiber (channel) zone with powder particles residues is surrounded by areas of amorphous state which is succeeded by a zone with a nanocrystalline fragmented cellular structure. Then we observe a zone with a microcrystalline structure that transits to a zone with crystalline structure which is characteristic for a matrix material of structural steel. The obtained data can expand and complement some ideas about mechanisms for dynamic loading of solids and condensed matter, plastic deformation, physical mechanics of structurally inhomogeneous media at different levels, a number of effects arising from collision and ultra-deep penetration of microparticles into metals. It has been shown that wear resistance of high-speed steel subjected to dynamic alloying in the quenched state is increased by 1.2 times in comparison with wear resistance of steel alloyed in the annealing state.

динамическое легированиемикроструктураазотированиеизносостойкостьdynamic alloyingmicrostructurenitridingwear resistanceReferencesFletcher A. C., Close S., Mathias D. (2015) Simulating Plasma Production from Hypervelocity Impacts. Physics of Plasmas, (22), 093504. https://doi.org/10.1063/1.4930281Fletcher A. C., Close S., Mathias D. (2015) Simulating Plasma Production from Hypervelocity Impacts. Physics of Plasmas, (22), 093504. https://doi.org/10.1063/1.4930281Fletcher A. C., Close S. (2017) Particle-in-Cell Simulations of an RF Emission Mechanism Associated with Hypervelocity Impact Plasmas. Physics of Plasmas, (24), 053102. https://doi.org/10.1063/1.4980833.Fletcher A. C., Close S. (2017) Particle-in-Cell Simulations of an RF Emission Mechanism Associated with Hypervelocity Impact Plasmas. Physics of Plasmas, (24), 053102. https://doi.org/10.1063/1.4980833.Chengzhi Qi, Jianjie Chen (2014) Physical Mechanism of Super-Deep Penetration of Solid Microparticles into Solid Targets. Journal of Mechanical Behavior of Materials, 23 (1–2), 21–26. https://doi.org/10.1515/jmbm-2014-0003Chengzhi Qi, Jianjie Chen (2014) Physical Mechanism of Super-Deep Penetration of Solid Microparticles into Solid Targets. Journal of Mechanical Behavior of Materials, 23 (1–2), 21–26. https://doi.org/10.1515/jmbm-2014-0003Kozorezov K. I., Mirkin L. I. (1999) The Formation of Bulk Composites in Superdeep Penetration of Accelerated Solid Particles into Metals. Physics and Chemistry of Materials Treatment, 33 (3), 254–257.Kozorezov K. I., Mirkin L. I. (1999) The Formation of Bulk Composites in Superdeep Penetration of Accelerated Solid Particles into Metals. Physics and Chemistry of Materials Treatment, 33 (3), 254–257.Buravova, S. (2014) Superdeep Penetration Revisited. Technical Physics, 59 (8), 1257–1259. https://doi.org/10.1134/s106378421408009xBuravova, S. (2014) Superdeep Penetration Revisited. Technical Physics, 59 (8), 1257–1259. https://doi.org/10.1134/s106378421408009xSimonenko V. A., Skorkin N. A., Bashurov V. V. (1991) Penetration of individual microparticles into rigid barriers on collision of powder streams with them. Combustion, Explosion and Shock Waves, 27 (4), 433-437. https://doi.org/10.1007/bf00789554Simonenko V. A., Skorkin N. A., Bashurov V. V. (1991) Penetration of individual microparticles into rigid barriers on collision of powder streams with them. Combustion, Explosion and Shock Waves, 27 (4), 433-437. https://doi.org/10.1007/bf00789554Ovchinnikov V. I., Lobachev V. A. (2017) Unit for Alloying by Explosion. Patent Republic Belarus No u20160267 (in Russian).Ovchinnikov V. I., Lobachev V. A. (2017) Unit for Alloying by Explosion. Patent Republic Belarus No u20160267 (in Russian).Ovchinnikov V. I., Ilyushchenko A. F. (2014) Unit for the Deposition of Material’s Layer Onto Metallic Parts. Patent Republic Belarus No u10271 (in Russian).Ovchinnikov V. I., Ilyushchenko A. F. (2014) Unit for the Deposition of Material’s Layer Onto Metallic Parts. Patent Republic Belarus No u10271 (in Russian).Zvorykin L. O., Usherenko S. V. (1993) Structural Features of Steel 45 after Interaction with High Velocity Flows of Niobium Boride and Molybdenum Silicide Powders. Metallophysika = Physics of Metals, 15 (1), 92–95 (in Russian).Zvorykin L. O., Usherenko S. V. (1993) Structural Features of Steel 45 after Interaction with High Velocity Flows of Niobium Boride and Molybdenum Silicide Powders. Metallophysika = Physics of Metals, 15 (1), 92–95 (in Russian).Nozdrin V. F., Usherenko S. M., Gubenko S. I. (1991) Mechanism of Metals Strengthening During Super Deep Penetration of High Velocity Particles. Physika i Khimiya Obrabotki Materialov = Physics and Chemistry of Treatment of Materials, (6), 19–24 (in Russian).Nozdrin V. F., Usherenko S. M., Gubenko S. I. (1991) Mechanism of Metals Strengthening During Super Deep Penetration of High Velocity Particles. Physika i Khimiya Obrabotki Materialov = Physics and Chemistry of Treatment of Materials, (6), 19–24 (in Russian).

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