Study of wear of the building-up zone of martensite-austenitic and secondary hardening steels of the Cr-Mn-Ti system

Abstract

The work deals with wear of the building-up zone of martensite-austenitic and secondary hardening steels of the Cr-Mn-Ti system (partially alloyed with Mo, B, and V). Additional alloying of the studied steels with titanium in the amount of 2…5% supported avoiding cleavages along the building-up zone. It was determined that there is a 7…15 μm wide parent metal zone next to the weld line. The influence of temperature on the weld toughness of the building-up zone was assessed according to the criterion of Malkin and Tetelman. The microhardness of the surface layers of built-up layers and the range of its dispersion are close to the results of laboratory tests, where Тcₜ ∼ 823 K. This approves the formation of structure of metal of contact volumes with the collective effect of heating, plastic deformation and diffusion. It was experimentally approved that the change of microhardness in the sub-surface layers at the wear stage is justified simultaneously with the processes of mutual diffusion of friction pair materials, selective oxidation and thermodiffusion redistribution of the hardening phase under the influence of temperatures and deformations. The diffusion coefficient in the deformed sub-surface layer, which is up to some dozen micrometers thick, is one of the values providing the kinetics of growing of nuclear cracks and development of destruction cracks. The received results provide an opportunity to use martensite-austenitic and secondary hardening steels of the Cr-Mn-Ti system with built-up surface for the hot forming tools.

Досліджується зношування зони наплавлення мартенситно-аустенітних і вторинно-твердіючих сталей системи Cr-Mn-Ti (частково легованих Mo, B, V). Додаткове легування досліджуваних сталей титаном у кількості 2…5% сприяло запобіганню сколам по зоні сплавлення. Встановлено, що поблизу лінії сплаву знаходиться зона основного металу шириною 7…15 мкм. Вплив температури на в’язкість руйнування зони наплавлення оцінювався за критерієм Малкіна та Тетельмана. Мікротвердість поверхневих наплавлених шарів та діапазон її розкиду близькі результатам лабораторних випробувань при Тcₜ ∼ 823 К. Це свідчить про формування структури металу контактних об’ємів сукупною дією нагріву, пластичної деформації, дифузії. Експериментально підтверджено, що зміна мікротвердості в приповерхневих шарах на стадії зносу зумовлено паралельно процесами взаємної дифузії матеріалів пар тертя, виборчого окислення і термодифузійного перерозподілу зміцнюючої фази під дією температур і деформацій. Коефіцієнт дифузії в деформованому приповерхневому шарі товщиною до кількох десятків мікрометрів є однією з величин, що зумовлюють кінетику зростання зародкових тріщин та розвитку тріщин руйнування. Отримані результати дають можливість використовувати мартенситно-аустенітні та вторинно-твердіючі сталі системи Cr-Mn-Ti з наплавленою поверхнею для інструменту гарячого деформування.