Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, Барнаул, Россия

М. Н. Зенин, младший научный сотрудник, эл. почта: mikhail.zenin.96@mail.ru

Инновационный центр современных текстильных технологий (Лаборатория Цзяньху), Шаосин, Китай¹ ; Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай² ; Алтайский государственный университет, Барнаул, Россия³
С. Г. Иванов, ведущий научный сотрудник¹, ведущий научный сотрудник Ключевой государственной лаборатории цифрового текстильного оборудования провинции Хубэй², профессор³, докт. техн. наук, эл. почта: serg225582@yandex.ru

Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Jiangsu Suyang Packaging Co., Ltd，Yizheng City, Цзянсу, Китай²
С. А. Земляков, ведущий научный сотрудник Ключевой государственной лаборатории цифрового текстильного оборудования провинции Хубэй¹, главный научный сотрудник², канд. техн. наук, эл. почта: kobalt_20@mail.ru

Уханьский текстильный университет, Ухань, Китай¹ ; Московский Политехнический университет, Москва, Россия² ; Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, Россия³
В. Б. Деев*, профессор-эксперт Ключевой государственной лаборатории цифрового текстильного оборудования провинции Хубэй¹, заведующий кафедрой «Оборудование и технологии сварочного производства»²; профессор-консультант кафедры металлургии черных металлов и химической технологии³, докт. техн. наук, профессор, эл. почта: deev.vb@mail.ru

Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова, Барнаул, Россия¹ ; Zhejiang Briliant Refrigeration Equipment Co., Ltd, Синчан, Китай²
М. А. Гурьев, доцент кафедры «Технология машиностроения»¹, технический директор², канд. техн. наук, эл. почта: gurievma@mail.ru

* Корреспондирующий автор

Для изготовления перспективных топливных систем типа Common Rail с более сложной геометрией и бо́льшими сечениями, работающими при давлениях выше 200 МПа, гарантировать высокую надежность работы деталей, изготовленных из стали ШХ15, в настоящее время затруднительно. Это обусловлено тем, что режимы работы топливных систем типа Common Rail при рабочем давлении 200 МПа приближены к предельным прочностным показателям стали 15 ШХ. При этом для обеспечения необходимых прочностных свойств и надежности деталей, изготовленных из стали ШХ15, требуются достаточно сложные длительные операции термической обработки, такие как обработка холодом, криогенная обработка, многократный отпуск и другие. Исходя из этого, замена стали ШХ15 на сталь ШХ15СГ может позволить уйти в технологическом цикле изготовления деталей топливной аппаратуры от применения дополнительных операций термической обработки, а следовательно — сократить время производства деталей и снизить себестоимость изготовления. По результатам сравнения построенных диаграмм изотермического распада переохлажденного аустенита показано, что для стали ШХ15СГ, по данным компьютерного моделирования условий термообработки, оптимальной температурой аустенитизации является диапазон 840–880 °С, что закономерно превышает температуры аустенитизации для стали ШХ15 (820–860 °С), однако это не приведет к значительному повышению себестоимости термической обработки. При указанных температурах будет происходить растворение значительной доли карбидов, при этом без значительного роста аустенитного зерна.

1. Bhadeshia H. K. D. H. Steels for bearings // Progress in Materials Science. 2012. Vol. 57. No. 2. Р. 268-435. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2011.06.002
2. Deev V. B., Prusov E. S., Vdovin K. N., Bazlova T. A., Temlyantsev M. V. Influence of melting unit type on the properties of middle-carbon cast steel // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2018. Vol. 13, No. 3. Р. 998–1001.
3. Prikhod’ko O. G., Deev V. B., Prusov E. S., Kutsenko A. I. Influence of thermophysical characteristics of alloy and mold material on casting solidification rate // Steel in Translation. 2020. Vol. 50, Iss. 5. Р. 296–302.
4. Prikhodko O. G., Deev V. B., Kutsenko A. I., Prusov E. S. Analysis of the solidification process of castings depending on their configuration and material of the mold // CIS Iron and Steel Review. 2023. Vol. 25. Р. 31–38.
5. Деев В. Б., Арапов С. Л., Косович А. А., Лесив Е. М. Определение рациональных режимов термической обработки новой высокомарганцевой аустенитной стали с использованием термодинамического моделирования // Черные металлы. 2023. № 11. С. 75-80.
6. Xiong G., Wang Y., He B., Zhao L. Study on the recrystallization behaviour of hot deformed austenite in GCr15 bearing steel // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 194-196. Р. 84-88. DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.194-196.84
7. Sun X., Zhang H., Yin P., Liu Y., Wang Q. Phase field investigation on the eutectoid transformation of Fe-1.05 wt%C alloy // Computational Materials Science. 2025. Vol. 248. 113599. DOI: 10.1016/j.commatsci.2024.113599
8. Wang L., Sun C., Cao Y., Guo Q., Song K., Liu H., Liu H., Fu P. Microstructure evolution under different austenitizing temperatures and its effect on mechanical properties and mechanisms in a newly high aluminum bearing steel // Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 30. Р. 9481-9493. DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.06.030
9. Wang J., Wolk P. J. V. D., Zwaag S. V. D. Determination of martensite start temperature in engineering steels. Part I. Empirical relations describing the effect of steel chemistry // Materials Transactions JIM. 2014. Vol. 41. No. 7. Р. 761–768. DOI: 10.2320/matertrans1989.41.761
10. Frith P. Influence des inclusions et de la répartition des carbures sur le comportement à la fatigue des aciers élaborés de diverses manières. Revue de Métallurgie. 2017. Vol. 64. No. 6. Р. 531–549. DOI: 10.1051/metal/196764060531
11. Monma K., Maruta R., Yamamoto T., Wakikado Y. Effects of particle sizes of carbide and amounts of undissolved carbide on the fatigue life of bearing steel // Journal of the Japan Institute of Metals. 2017. Vol. 32. No. 12. Р. 1198–1204. DOI: 10.2320/jinstmet1952.32.12_1198
12. Yajima E. et al. Metallographic investigations on rolling fatigue life of ball bearing steel and effects of retained austenite on the fatigue life // Journal of the Japan Institute of Metals. 2017. Vol. 36. No. 7. P. 711–719. DOI: 10.2320/jinstmet1952.36.7_711
13. Kim K., Lee J. S., Lee D. Effect of silicon on the spheroidization of cementite in hypereutectoid high carbon chromium bearing steels // Metals and Materials International. 2010. Vol. 16. No. 6. P. 871-876. DOI: 10.1007/s12540-010-1203-4
14. Xu Z., Wang P., Zhang P., Wang B., Liu Y., Luan Y., Wang P., Li D., Zhang Z. Fatigue strength optimization of high-strength steels by precisely controlling microstructure and inclusions // Journal of Materials Science and Technology. 2025. Vol. 230. P. 165–176. DOI: 10.1016/j.jmst.2025.01.018
15. Linares Arregui I., Alfredsson B. Elastic–plastic characterization of a high strength bainitic roller bearing steel-experiments and modelling // International Journal of Mechanical Sciences. 2010. Vol. 52. No. 10. P 1254–1268. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2010.06.001
16. Collins J., Piemonte M., Taylor M., Fellowes J., Pickering E. A rapid, opensource cct predictor for low alloy steels, and its application to compositionally heterogeneous material // Metals. 2023. Vol. 13. 1168. DOI: 10.3390/met13071168
17. Wang Z., Ren L., Zhang Yating, Zhou M., Zhang X. Realizing ultra-fast spheroidization of GCr15 bearing steel by analyzing the correlation of carbide dissolution law and pulsed electric current parameters through machine learning // Acta Metallurgica Sinica (English Letters). 2025. Vol. 38. P. 1207–1218. DOI: 10.1007/s40195-025-01852-y
18. Bhadeshia H., Honeycombe R. Heat treatment of steels: hardenability //Steels: Microstructure and Properties. 2024. P. 215–233. DOI: 10.1016/b978-0-44-318491-8.00014-9 

19. Wong A., Bedekar V., Voothaluru R., Galindo Nava E., Galindo-Nava E. Modelling deformation-induced martensite transformation in highcarbon steels // Materials Science and Technology. 2023. Vol. 39. No. 15. P. 2035–2049. DOI: 10.1080/02670836.2023.2187983
20. Гурьев А. М., Ворошнин Л. Г., Хараев Ю. П., Лыгденов Б. Д., Черных Е. В. Циклическое тепловое воздействие при термической и химико-термической обработке инструментальных сталей // Фундаментальные проблемы современного материаловедения. 2005. Т. 2. № 3. С. 37–45.
21. Пат. 2131469 РФ. Способ термоциклической обработки инструментальной стали / Гурьев А. М., Околович Г. А., Чепрасов Д. П., Земляков С. А. ; заявл. 06.05.1998 ; опубл. 10.06.1999.
22. Гурьев А. М., Хараев Ю. П. Теория и практика получения литого инструмента. — Барнаул, 2005. — 220 c.
23. Гурьев А. М. О разработке высокоэффективной технологии термоциклического упрочнения инструментальных сталей // Известия вузов. Черная металлургия. 2000. № 2. С. 25–27.
24. Chakraborty J., Chattopadhyay P. P., Bhattacharjee D., Manna I. Microstructural refinement of bainite and martensite for enhanced strength and toughness in high-carbon low-alloy steel // Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science. 2010. Vol. 41. No. 11. P. 2871–2879. DOI: 10.1007/s11661-010-0288-1
25. Kalsi N. S., Sehgal R., Sharma V. S. Cryogenic treatment of tool materials: A review // Materials and Manufacturing Processes. 2010. Vol. 25. No. 10. P. 1077–1100. DOI: 10.1080/10426911003720862
26. Wang P., Wang P., Xu Z., Zhang P. et al. The highest fatigue strength for steels // Acta Materialia. 2025. Vol. 289. 120888. DOI: 10.1016/j.actamat.2025.120888
27. Yin F., Yi Y., Yang C., Cheng G. Nanoengineering steel’s durability: creating gradient nanostructured spheroidal carbides and lath-shaped nanomartensite via ultrasonic shot peening // Nanoscale. 2024. Vol. 16. No. 44. P. 20570-20588. DOI: 10.1039/d4nr02994a
28. Wang J., El-Fallah G., Chang X., Peng Y., Qing T. Achieving 2.7 GPa tensile strength in ultrastrong high-carbon steel through prolonged low-temperature tempering. Materials Characterization. 2024. Vol. 215. 114241. DOI: 10.1016/j.matchar.2024.114241
29. Lu S., Chiu L. Effect of different microstructures on surface residual stress of induction-hardened bearing steel // Metals. 2024. Vol. 14. No. 2. 201. DOI: 10.3390/met14020201
30. Fortini A., Bertarelli E., Cassola M., Merlin M. An industrial-scale study of the hardness and microstructural effects of isothermal heat treatment parameters on EN 100CrMo7 bearing steel // Applied Sciences (Switzerland). 2024. Vol. 14. No. 2. 737. DOI: 10.3390/app14020737
31. Nygaard J. R., Rawson M., Danson P., Bhadeshia H. Bearing steel microstructures after aircraft gas turbine engine service // Materials Science and Technology. 2014. Vol. 30. No. 15. P. 1911–1918. DOI: 10.1179/1743284714y.0000000548
32. Solano Alvarez W., Pickering E. C., Bhadeshia H. K. D. H. Degradation of nanostructured bainitic steel under rolling contact fatigue // Materials Science & Engineering A: Structural Materials: Properties, Microstructure and Processing. 2014. Vol. 617. P. 156–164. DOI: 10.1016/j.msea.2014.08.071
33. Зенин М. Н., Иванов С. Г., Земляков С. А., Деев В. Б., Гурьев М. А. Верификация компьютерного симулятора режимов термической обработки для стали ШХ15 // Черные металлы. 2025. № 11. С. 65–72.
34. Davis J. R. Classification and properties of tool and die steels. ASM Specialty Handbook–Tool Materials; ASM International: Materials Park, OH, USA, 1995. 501 p.
35. Buchmayr B., Kirkaldy J. S. Modeling of the temperature field, transformation behavior hardness, and mechanical response of low alloy steels during cooling from the austenite region // J. Heat Treat. 1990. Vol. 8. P. 127–136. DOI: 10.1007/BF02831633
36. Callister W. D., Rethwisch D. G. Fundamentals of materials science and engineering. An Integrated Approach, 3rd ed.; John Wiley: Hoboken, NJ, 2008. 911 p.
37. ASM International 1991, ASM Handbook: Heat Treatment, Vol. 4, American Society for Metals Park, Ohio. 2173 p.