Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Новочеркасск, Россия)

С. Н. Сергеенко, доцент, канд. техн. наук, sergeenko@gmail.com

Исследована механоактивация шихты порошковой стали 110Г13 с добавками борной кислоты. На первом этапе проводили механическое легирование порошковой шихты, содержащей порошки Fe, борной кислоты и FeMn, с последующим смешиванием с графитом. Изучен фракционный состав шихт порошковой стали 110Г13 в зависимости от содержания борной кислоты и продолжительности механоактивации. Минимальные значения среднего размера шихты после механоактивации и последующей ручной обработки обеспечиваются при повышенных продолжительности обработки (~ 2,1 ч.) и содержании борной кислоты (3,5 % мас.). Введение борной кислоты в шихту влияет на кинетику диспергирования и агрегации порошковых частиц в процессе механоактивации. Для шихт, содержащих менее 3,5 % мас. борной кислоты, с увеличением продолжительности обработки наблюдается диспергирование частиц, характеризующееся снижением размеров частиц. Повышение концентрации H3BO3 в шихте более 3,5 % мас. приводит к агрегации порошковых частиц при увеличении продолжительности механоактивации. Для описания влияния продолжительности обработки и содержания борной кислоты в шихте на параметры уравнения Розина – Раммлера для порошковых шихт построены трехмерные логистические модели, описывающие результаты экспериментальных исследований с повышенными значениями коэффициента корреляции. Содержание борной кислоты в шихте и продолжительность обработки влияет не только на средний размер частиц шихты, но и определяют расчетную толщину покрытия B2O3 частиц шихты 110Г13. Минимальная расчетная толщина (0,17 мкм) слоя покрытия B2O3 обеспечивается при повышенной продолжительности обработки (1,8 ч.) и пониженном содержании борной кислоты в шихте (1,0 % мас.). При этом шихта имеет пониженный средний размер частиц (44 мкм), обеспечивая получение спеченной порошковой стали 110Г13 с повышенной относительной плотностью 0,935 при давлении холодного прессования 750 МПа.

1. Волынова Т. Ф. Формирование наноструктурированных композиций на поверхностях трения метастабильных структур системы Fe-Mn – основа создания нового класса антифрикционных материалов // Перспективные материалы. 2006. № 3. С. 34–47.
2. Chowdhury P., Canadinc D., Sehitoglu H. On deformation behavior of Fe-Mn based structural alloys // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2017, Vol. 122. pp. 1–28. DOI: 10.1016/j.mser.2017.09.002
3. Malinov L. S., Malysheva I. E., Klimov E. S. (et al). Effect of Particular Combinations of Quenching, Tempering and Carburization on Abrasive Wear of Low-Carbon Manganese Steels with Metastable Austenite // Materials Science. 2018. Vol. 945, pp. 574–578. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.945.574
4. Korshunov L. G., Sagaradze V. V., Chernenko N. L. Structural and phase transformations in Hadfield steel upon frictional loading in liquid nitrogen // Phys. Metals Metallogr. 2016. V.117. pp. 828–833. DOI: 10.1134/S0031918X16080068
5. Xiong R., Peng H., Wang S., Haitao Si H., Wen Y. Effect of stacking fault energy on work hardening behaviors in Fe–Mn–Si–C high manganese steels by varying silicon and carbon contents // Materials & Design. 2015. V. 85. pp. 707–714. DOI: 10.1016/j.matdes.2015.07.072
6. Wen Y. H., Peng H. B., Si H. T. (et al) A novel high manganese austenitic steel with higher work hardening capacity and much lower impact deformation than Hadfield manganese steel // Materials & Design. 2014. V. 55. pp. 798–804.
7. Vdovin K. N., Feoktistov N. A., Gorlenko D. A., Nikitenko O. A. Investigation of microstructure of high-manganese steel, modified by ultra-dispersed powders, on the base of compounds of refractory metals // CIS Iron and Steel Review. 2017. №2. pp. 34–40.
8. Jeon J., Nam S., Kang S. (et al) Mechanical behavior of ultrafine-grained high-Mn steels containing nanoscale oxides produced by powder technology // Materials & Design. 2016.Vol. 92. pp. 73–78.
9. Zhang X. F., Dong X. L, Huang H. (et al) Synthesis, structure and magnetic properties of B2O3/H3BO3-coated Fe nanocapsules // Materials Science and Engineering. 2007. Vol.14. s. 1–3. pp.76–80.
10. Кокцинская Е. М. «Умные» материалы и их применение (обзор) // Видеонаука. 2016. №. 1 (1). С. 3–19.
11. Шевчук Е. П., Плотников В. А., Бектасова Г. С. Диффузия бора при борировании углеродистой стали //Известия Алтайского государственного университета. 2021. № 1 (117). С. 64–67.
12. Сергеенко С. Н. Кинетика процессов диспергирования-агрегации при механической активации шихты порошковой стали 110Г13 // Черные металлы. 2019. № 7. С. 47–52.
13. Сергеенко С. Н. Компактирование и консолидация порошковой стали 110Г13 на основе механически активированных шихт // Черные металлы. 2019. № 8. С. 56–61.
14. Сергеенко С. Н. Твердость консолидированной порошковой стали 110Г13 на основе механоактивированных шихт // Черные металлы. 2024. № 2. С. 72–77.
15. Болдырев В. В. Механохимия и механическая активация твердых веществ // Успехи химии. 2006. № 75 (3). С. 203–218.
16. Tole I. (et al) Revalorization of Swedish Iron Ore Mine Tailings as Supplementary Cementitious Material through Mechanochemical Activation // Journal of Materials in Civil Engineering. 2025. Т. 37. № 9. pp. 04025304.
17. Kleonovskii M. V. (et al) Effect of mechanical processing on reduction of iron oxides in man-made raw materials // Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2024. Т. 67. № 6. pp. 671–678.
18. Pereira A. C. Mechanical Activation in Metallurgical Processing: Mechanisms, Applications and Industrial Perspectives // IKR Journal of Engineering and Technology. 2026. V. 2. № 2.
19. Golik V. I. (et al) Comprehensive recovery of metals in tailings utilization with mechanochemical activation // Resources. 2023. Т. 12. № 10. pp. 113.
20. Bedoya P. A. C. (et al) Influence of the milling materials on the mechanochemical synthesis of magnetic iron oxide nanoparticles // Journal of Alloys and Compounds. 2023. V. 939. pp. 168720.