Purpose. This study investigates the possibility of improving the quality of grinding steel balls with a diameter of 100 mm by using Q-n-P heat treatment. Methodology. Steel grinding balls with a diameter of 100 mm, obtained by transverse screw rolling, were used as a material. The heat treatment consisted of balls quenching in a drum-type device according to various modes and subsequent tempering. The quenching modes provided the bulk temperature of the balls in the range of 120-240 оС, which is lower than the martensitic point Ms of the steel. After quenching, the balls were immediately tempered at 170-300 °C for 2-10 hours. The treated balls were visually examined, tested for hardness and impact resistance. The hardness was measured according to the Rockwell method by scale "C", the microhardness was measured with microhardness tester "Affri" at a load of 50 g. The impact resistance of the balls was evaluated by impact of a dropped load with impact energy of 6.8 kJ. Microstructural analysis was conducted using an optical microscope "Axiovert 40-M". The amount of residual austenite was determined using an "IV-Pro Rigaku" diffractometer in copper Ka-radiation. Findings. It is shown that, as a result of treatment of 100 mm diameter balls of chromium-manganese steel according the standard mode, the cracks occur on balls surface. Using Q-n-P heat treatment allows achieving higher hardness through the cross section (within 54-57 HRC) while quenching cracks are absent on the balls. The Q-n-P-treated balls have high impact resistance under repeated impacts with energy of 6.8 kJ. Originality. For the first time the authors investigated the feasibility of using the Q-n-P heat treatment for steel grinding balls of large diameter made of steel with increased hardenability. It has been determined that Q-n-P-processing allows to significantly increase (by 10 HRC) the bulk hardness of 100 mm diameter balls, while retaining their high impact resistance in tests with a dropped load. The obtaining of such properties is pro-vided by the relaxation of quenching stresses and the formation of a two-phase martensitic-austenite structure with an increased amount (25-30 %) of retained austenite. The latter becomes possible due to the process of partitioning carbon from martensite to austenite with enrichment of the latter to 1.12 % C. Practical value. The advisability of Q-n-P-heat treatment in the production of steel grinding balls with higher bulk hardness is shown.

Цель. В данной работе необходимо исследовать возможность повышения качественных показателей стальных мелющих шаров диаметром 100 мм за счет применения Q-n-P термической обработки. Методика. В качестве материала использовали стальные мелющие шары диаметром 100 мм, полученные поперечно-винтовой прокаткой. Термическая обработка заключалась в закалочном охлаждении шаров в устройстве барабанного типа по различным режимам и последующем отпуске. Режимы закалки обеспечивали достижение среднемассовой температуры шаров в пределах 120–240 оС, что ниже мартенситной точки стали. После закалки шары сразу же подвергали отпуску при 170–300 оС в течение 2–10 ч. Обработанные шары подвергали визуальному осмотру, испытаниям на твердость и ударостойкость. Твердость измеряли методом Роквелла по шкале «С», микротвердость – на микротвердомере «Affri» при нагрузке 50 г. Ударостойкость шаров оценивали на копровой установке ударом падающего груза с энергией удара 6,8 кДж. Микроструктурный анализ выполняли с помощью оптического микроскопа «Axiovert 40-M». Количество остаточного аустенита определяли с помощью дифрактометра IV-Pro Rigaku в медном Кa-излучении. Результаты. Показано, что в шарах диаметром 100 мм из хромомарганцевой стали в результате терми-ческой обработки по стандартному режиму возникают поверхностные трещины. Применение термообработки по Q-n-P-принципу позволяет достичь высокой твердости по всему сечению (в пределах 54–57 HRC) при отсутствии в шарах закалочных трещин. Обработанные по такой технологии шары имеют высокую ударостойкость при повторных ударах с энергией 6,8 кДж. Научная новизна. Авторами впервые исследована целесообразность использования Q-n-P-принципа в технологии термической обработки стальных мелющих шаров большого диаметра из стали повышенной прокаливаемости. Установлено, что Q-n-P-обработка позволяет существенно (на 10 HRC) повысить объемную твердость в шарах диаметром 100 мм, сохранив их высокую ударостойкость при испытаниях падающим грузом. Получение таких свойств обеспечивается снятием закалочных напряжений и формированием двухфазной мартенсито-аустенитной структуры с повышенным количеством (25–30 %) остаточного аустенита. Последнее становится возможным благодаря процессу перераспределения углерода из мартенсита в аустенит с обогащением последнего до 1,12 % С. Практическая значимость. Показана целесообразность применения Q-n-P-термической обработки при производстве стальных мелющих шаров высокой объемной твердости.

Мета. В даній роботі досліджена можливість підвищення якісних показників сталевих молольних куль діаметром 100 мм за рахунок застосування Q-n-P термічної обробки. Методика. Як матеріал використовували сталеві молольні кулі діаметром 100 мм, отримані поперечно-гвинтовою прокаткою. Термічна обробка полягала в гартувальному охолодженні куль в пристрої барабанного типу за різними режимами й подальшому відпуску. Режими загартування забезпечували досягнення середньомасової температури куль в межах 120–240 °С, що нижче мартенситної точки сталі. Після гартування кулі відразу ж відпускали при 170–300 °С протягом 2–10 год. Оброблені кулі піддавали візуальному огляду, випробуванням на твердість та ударостійкість. Твердість вимірювали методом Роквелла за шкалою «С», мікротвердість – на мікротвердомірі «Affri» при навантаженні 50 м. Ударостійкість куль оцінювали на копровій установці ударом падаючого вантажу з енергією удару 6,8 кДж. Мікроструктурний аналіз виконували за допомогою оптичного мікроскопа «Axiovert 40-M». Кількість залишкового аустеніту визначали за допомогою діфрактометра IV-Pro Rigaku в мідному Кa-випромінюванні. Результати. Показано, що в кулях діаметром 100 мм із хромомарганцевої сталі в результаті термічної обробки за стандартним режимом виникають поверхневі тріщини. Застосування термообробки згідно Q-n-P-принципу дозволяє досягти високої твердості по всьому перетину (в межах 54–57 HRC) при відсутності в кулях гартівних тріщин. Оброблені за такою технологією кулі мають високу ударостійкість при повторних ударах із енергією 6,8 кДж. Наукова новизна. Авторами вперше досліджена доцільність використання Q-n-P-принципу в технології термічної обробки сталевих молольних куль великого діаметра зі сталі підвищеної прогартованості. Встановлено, що Q-n-P-обробка дозволяє істотно (на 10 HRC) підвищити об'ємну твердість у кулях діаметром 100 мм, зберігши їх високу ударостійкість при випробуваннях падаючим вантажем. Отримання таких властивостей забезпечується зняттям гартівних напруг і формуванням двохфазної мартенсито-аустенітної структури з підвищеною кількістю (25–30 %) залишкового аустеніту. Останнє стає можливим завдяки процесу перерозподілу вуглецю з мартенситу в аустеніт із збагаченням останнього до 1,12 % С. Практична значимість. Показана доцільність застосування Q-n-P-термічної обробки при виробництві стальних молольних куль високої об'ємної твердості.