Влияние способа получения и структуры хромоникелевых коррозионностойких сталей на кинетику формования наружной обоймы сферических шарниров

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

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

1. Михайлов 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.

2. 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.230123

3. Woodhead 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/SECM150131

4. Ильющенко 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).

5. 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/met12010013

6. Bram 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/B978-0-12-819726-4.00093-4

7. Lingzhu 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/10.1177/1687814018783402

8. Гасанов 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/10.17212/1994-6309-2024-26.2-127-142

9. Rozenberg 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-y

10. Kondo 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.26.4.763

11. Гасанов 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/10.17804/2410-9908.2024.5.138-158

12. Ковальченко М.С. Деформационное упрочнение порошкового тела при прессовании. Порошковая металлургия. 2009;(3/4):13–27.

13. Егоров М.С., Егорова Р.В., Пустовойт В.Н., Атрохов А.А. Механические свойства порошковых материалов после свободной осадки. Металлург. 2020;3:92–96.

14. 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.

15. 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/s11106-015-9689-4