btpsБезопасность техногенных и природных системSafety of Technogenic and Natural Systems2541-9129Don State Technical University10.23947/2541-9129-2025-9-3-230-241OHKNMXbtps-491Research ArticleХИМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ, НАУКИ О МАТЕРИАЛАХ, МЕТАЛЛУРГИЯCHEMICAL TECHNOLOGIES, MATERIALS SCIENCES, METALLURGYВлияние способа получения и структуры хромоникелевых коррозионностойких сталей на кинетику формования наружной обоймы сферических шарнировInfluence of the Production Method and the Structure of Chromium-Nickel Corrosion Resistant Steels on the Kinetics of the Formation of the Outer Cage of Spherical Jointshttps://orcid.org/0009-0003-8098-2226КонькоН. А.KonkoN. A.

Конько Николай Андреевич - ассистент кафедры «Общеинженерные дисциплины».

346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

ResearcherID KEH-3042-2024

Nikolai A. Konko - Assistant Professor of the Department of General Engineering Disciplines, Platov South Russian State Polytechnic University (NPI).

132, Prosveshcheniya Str., Novocherkassk, 346428

ResearcherID KEH-3042-2024

konko2013@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7610-4541ГасановБ. Г.GasanovB. G.

Гасанов Бадрудин Гасанович - доктор технических наук, профессор кафедры «Международные логистические системы и комплексы».

346428, Новочеркасск, ул. Просвещения, 132

Scopus ID 6601972402

Badrudin G. Gasanov - Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Department of International Logistics Systems and Complexes, Platov South Russian State Polytechnic University (NPI).

132, Prosveshcheniya Str., Novocherkassk, 346428

Scopus ID 6601972402

gasanov.bg@gmail.comЮжно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. ПлатоваРоссияPlatov South-Russian State Polytechnic University (NPI)Russian Federation20253008202593230241Copyright © Конько Н.А., Гасанов Б.Г., 20252025Конько Н.А., Гасанов Б.Г.Konko N.A., Gasanov B.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.bps-journal.ru/jour/article/view/491Введение

Введение. Исследуя вопросы износостойкости шарниров, авторы представленной работы ранее выяснили, как особенности хромоникелевых коррозионно-стойких сталей влияют на формование наружной обоймы сферических шарниров. Прессовки из 12Х18Н10Т, ВП 304.200.30 и 304L-AW-100 спекали 3 ч в вакууме при 1200 °C. Однако практика требует испытаний разных сталей при разных условиях. В данной статье описана катаная нержавеющая сталь 10Х18Н9. Порошковую ВП 304.200.30 спекали 2 ч при 1150 ºС. Цель работы — показать, как способ получения и структура металла определяют кинетику формования наружной обоймы сферических шарниров и в итоге — прочность изделия.

Материалы и методы

Материалы и методы. Образцы из 10Х18Н9 и ВП 304.200.30 радиально сжимали по ГОСТ 26529–85, растягивали на испытательной машине УММ-5. Твердость измеряли на приборе Роквелла ТР 5006, микротвердость — по Виккерсу на приборе HVS-1000 . Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре XRD-6100. Использовали микроскопы Tescan VEGA II LMU (для электронно-зондовых исследований), Quanta 200 и Altami MET-1M (для изучения микроструктуры и металлографии). Холодную штамповку наружной обоймы с фланцем сферического шарнира моделировали в QForm.

Результаты исследования

Результаты исследования. Предел прочности и текучести ВП 304.200.30 соизмерим с показателями некоторых хромоникелевых аустенитных сталей, но уступает им по пластичности. Сопоставление 10Х18Н9 и ВП 304.200.30 выявило различия в механизмах деформации. Критическое ограничение для порошковой стали — не оксидная фаза, а локализация оксидов на границах частиц, что провоцирует хрупкое разрушение при растяжении. Из-за химической неоднородности частиц и остаточной пористости относительное удлинение порошковой стали в 6 раз меньше, чем катаной. Но в условиях сжатия спеченный материал упрочняется до 195 HV, то есть подходит для производства наружной обоймы сферических шарниров.

Обсуждение

Обсуждение. Анализ особенностей деформаций спеченных и катаных сталей подтвердил адекватность предложенной методики оценки деформированного состояния образцов при холодной штамповке наружной обоймы сферических шарниров.

Заключение

Заключение. Результаты исследования позволяют прогнозировать очаги зарождения макродефектов и оптимизировать производство сферических шарниров.

Introduction

Introduction. Investigating the issues of wear resistance of joints, the authors of this paper have previously studied how the features of chromium-nickel corrosion resistant steels affect the shaping of the outer cage of spherical hinges. They sintered compacts made of 12Kh18N10T, VP 304.200.30 and 304L-AW-100 at 1,200°C in vacuum for 3 hours. However, in practice, it is necessary to test different steels in different conditions. This paper describes 10Kh18N9 rolled stainless steel. Powder VP 304.200.30 was sintered at 1,150°C for 2 hours. The aim of the research is to demonstrate how the production method and the metal structure affect the kinetics of the outer cage formation and, consequently, the strength of the product.

Materials and Methods

Materials and Methods. Samples made of 10Kh18N9 and VP 304.200.30 were radially compressed according to GOST 26529–85 and stretched on an UMM-5 testing machine. Hardness was measured using a Rockwell TP 5006 instrument, and microhardness was measured according to Vickers on an HVS-1000 instrument. X-ray phase analysis was performed on an XRD-6100 diffractometer. Microscopes Tescan VEGA II LMU (for electron probe studies), Quanta 200 and Altami MET-1M (for studying microstructure and metallography) were used. Cold stamping of the outer cage with a spherical hinge flange was modeled in QForm.

Results

Results. The strength and yield strength of VP 304.200.30 were comparable to those of some chromium-nickel austenitic steels, but were inferior in terms of ductility. A comparison between 10Kh18N9 and VP 304.200.30 revealed differences in their deformation mechanisms. The critical limitation for powder steel was not the oxide phase, but the localization of oxides at particle boundaries, which provoked brittle fracture under tension. Due to the chemical heterogeneity in the particles and residual porosity, powder steel had a 6-fold lower elongation compared to rolled steel. However, under compression conditions, sintered material could reach a hardness of 195 HV, making it suitable for use in the outer cage of spherical hinges.

Discussion

Discussion. Analysis of the deformation characteristics of sintered and rolled steels confirmed the suitability of the proposed methodology for assessing the deformation state of samples during cold stamping of the outer cage of spherical hinges.

Conclusion

Conclusion. The findings from this study allow us to predict the locations of macrodefects and optimize the manufacturing process for spherical hinges.

катаная сталь 10Х18Н9порошковая сталь ВП 304.200.30наружная обойма сферического шарнирамикротрещины хромоникелевой стали10Kh18N9 rolled steelVP 304.200.30 powder steelouter race of spherical jointmicrocracks in chromium-nickel steelАвторы выражают благодарность редакции и рецензентам за внимательное отношение к статье и замечания, которые позволили повысить ее качество.The authors would like to thank the Editorial board and the reviewers for their attentive attitude to the article and for the specified comments that improved the quality of the article.ReferencesМихайлов А.Н., Матвиенко С.А., Стрельник Ю.Н., Лукичев А.В. Функционально-ориентированный анализ условий эксплуатации и технологий изготовления сферических шарнирных соединений транспортных машин. В: Материалы международной научно-технической конференции «Техническая эксплуатация водного транспорта: проблемы и пути развития» Петропавловск-Камчатский, 17–19 октября 2018 года. Петропавловск-Камчатский: Камчатский государственный технический университет; 2019. С. 112-115.Mikhailov AN, Matvienko SA, Strelnik YuN, Lukichev AV. Functionally-Oriented Analysis of the Operating Conditions and Production Technologies of Transport Vehicles Spherical Swivel Connections. In: Proceedings of the International Scientific and technical conference “Technical operation of Water Transport: Problems and Ways of Development” Petropavlovsk-Kamchatsky, 17–19 October, 2018. Petropavlovsk-Kamchatsky: Kamchatka State Technical University; 2019. P. 112–115. (In Russ.)Хайдоров А.Д., Юнусов Ф.А. Вакуумная термическая обработка высоколегированных коррозионно-стойких сталей. Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2017;23(1):226–235. http://doi.org/10.18721/JEST.230123Haidorov AD, Yunusov FA. Vacuum Heat Treatment of high Alloy Corrosion-Resistant Steels. St. Petersburg Polytechnic University Journal of Engineering Sciences and Technology. 2017;23(1):226–235. (In Russ.) http://doi.org/10.18721/JEST.230123Woodhead J, Truman CE, Booker JD. Modelling of Dynamic Friction in the Cold Forming of Plain Spherical Bearings. Surface and Contact Mechanics Including Tribology XII. 2015;91:141–152. http://doi.org/10.2495/SECM150131Woodhead J, Truman CE, Booker JD. Modelling of Dynamic Friction in the Cold Forming of Plain Spherical Bearings. Surface and Contact Mechanics Including Tribology XII. 2015;91:141–152. http://doi.org/10.2495/SECM150131Ильющенко А.Ф. Современные разработки в области порошковой металлургии для машиностроения. Механика машин, механизмов и материалов. 2012;(3(20)–4(21)):113–120. URL: https://mmmm.by/pdf/ru/2012/3_4_2012/11.pdf (дата обращения: 02.06.2025).Ilyuschenko AF. Current Developments in Powder Metallurgy for Mechanical Engineering. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials. 2012;(3(20)–4(21)):113–120. (In Russ.) URL: https://mmmm.by/pdf/ru/2012/3_4_2012/11.pdf (accessed: 02.06.2025).Hojati M, Danninger H, Gierl-Mayer Ch. Mechanical and Physical Properties of Differently Alloyed Sintered Steels as a Function of the Sintering Temperature. Metals. 2022;12(1):13–20. https://doi.org/10.3390/met12010013Hojati M, Danninger H, Gierl-Mayer Ch. Mechanical and Physical Properties of Differently Alloyed Sintered Steels as a Function of the Sintering Temperature. Metals. 2022;12(1):13–20. https://doi.org/10.3390/met12010013Bram M, de Freitas Daudt N, Balzer H. Porous Metals from Powder Metallurgy Techniques. Encyclopedia of Materials: Metals and Alloys. 2022;3:427–437. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819726-4.00093-4Bram M, de Freitas Daudt N, Balzer H. Porous Metals from Powder Metallurgy Techniques. Encyclopedia of Materials: Metals and Alloys. 2022;3:427–437. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819726-4.00093-4Lingzhu Gong, Xiaoxiang Yang, Kaibin Kong, Shuncong Zhong. Optimal Design for Outer Rings of Self-Lubricating Spherical Plain Bearings Based on Virtual Orthogonal Experiments. Advances in Mechanical Engineering. 2018;10(6):1–11. https://doi.org/10.1177/1687814018783402Lingzhu Gong, Xiaoxiang Yang, Kaibin Kong, Shuncong Zhong. Optimal Design for Outer Rings of Self-Lubricating Spherical Plain Bearings Based on Virtual Orthogonal Experiments. Advances in Mechanical Engineering. 2018;10(6):1–11. https://doi.org/10.1177/1687814018783402Гасанов Б.Г., Конько Н.А., Баев С.С. Исследование кинетики формообразования деталей сферического подшипника скольжения из коррозионно-стойких сталей, полученных объемной штамповкой пористых заготовок. Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2024;26(2):127–142. http://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.2-127-142Gasanov BG, Konko NA, Baev SS. Study of the Kinetics of Forming of Spherical Sliding Bearing Parts Made of Corrosion-Resistant Steels by Die Forging of Porous Blanks. Metal Working and Material Science. 2024;26(2):127–142. (In Russ.) http://doi.org/10.17212/1994-6309-2024-26.2-127-142Rozenberg OA, Mikhailov OV, Shtern MB. Strain Hardening of Porous Bushings by Multiple Mandreling: Numerical Simulation. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2012;51:379–384. http://doi.org/10.1007/s11106-012-9445-yRozenberg OA, Mikhailov OV, Shtern MB. Strain Hardening of Porous Bushings by Multiple Mandreling: Numerical Simulation. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2012;51:379–384. http://doi.org/10.1007/s11106-012-9445-yKondo H, Hegedus M. Current Trends and Challenges in the Global Aviation Industry. Acta Metallurgica Slovaca. 2020;26(4):141–143. https://doi.org/10.36547/ams.26.4.763Kondo H, Hegedus M. Current Trends and Challenges in the Global Aviation Industry. Acta Metallurgica Slovaca. 2020;26(4):141–143. https://doi.org/10.36547/ams.26.4.763Гасанов Б.Г., Конько Н.А., Баев С.С. Влияние способа получения порошков хромоникелевых нержавеющих сталей на деформированное состояние и свойства внешней обоймы сферического шарнирного узла. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2024;5:138–158. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2024.5.138-158Gasanov BG, Konko NA, Baev SS. The Effect of the Method for Producing Chromium-Nickel Stainless Steel Powders on the Strain State and Properties of the Outer Cage of a Spherical Hinge Joint. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2024;5:138–158. (In Russ.) https://doi.org/10.17804/2410-9908.2024.5.138-158Ковальченко М.С. Деформационное упрочнение порошкового тела при прессовании. Порошковая металлургия. 2009;(3/4):13–27.Kovalchenko MS. Deformation Hardening of a Powder Body during Pressing. Powder Metallurgy. 2009;(3/4):13–27. (In Russ.)Егоров М.С., Егорова Р.В., Пустовойт В.Н., Атрохов А.А. Механические свойства порошковых материалов после свободной осадки. Металлург. 2020;3:92–96.Egorov MS, Egorova RV, Pustovoit VN, Atrokhov AA. Mechanical Properties of Powder Materials after Hot Forging. Metallurg. 2020;3:92–96. (In Russ.)Бурлаков И.А., Забельян Д.М., Бондаренко А. К., Гладков Ю.А. Леонидов А.Н. Рациональное использование ресурса пластичности при холодной штамповке листовых заготовок на основе критериев Кокрофта и Колмогорова. Кузнечно-штамповочное производство. Обработка металлов давлением. 2016;(12):3–8.Burlakov IA, Zabelyan DM, Bondarenko AK, Gladkov YuA, Leonidov AN. Efficient Utilization of the Plasticity Resource at Cold Forming of Sheet Workpieces Based on the Cockroft and Kolmogorov Criteria. Forging and Stamping Production. Material Working by Pressure. 2016;(12):3–8. (In Russ.)Баглюк Г.А., Курихин В.С., Хоменко А.И., Козаченко И.С. Совершенствование методов исследования распределения деформации при прессовании порошков. Порошковая металлургия. 2015;54:129–135. https://doi.org/10.1007/s11106-015-9689-4Baglyuk GA, Kurikhin VS, Khomenko AI, Kozachenko IS. Improving Methods for Studying the Strain Distribution in Powders During Compaction. Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2015;54:129–135. (In Russ.) https://doi.org/10.1007/s11106-015-9689-4

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