Проблема повышения износостойкости многих видов деталей машин, оборудования и инструмента остается весьма актуальной. Наиболее перспективным научным направлением в ее решении является использование метастабильных состояний разных модификаций аустенитных фаз с реализацией  деформационного мартенситного γ_ост→αʹ превращения при изнашивании (ДМПИ) непосредственно в ходе испытаний износостойкости и эксплуатации. Формирование таких состояний целесообразно проведением химико-термической и рациональных приемов последующей термической обработки.

Целью настоящей работы является повышение износостойкости  стали 20Х14Г7 аустенитно-мартенситного класса посредством цементации и последующей низкотемпературной термоциклической обработки (НТЦО).

Образцы стали 20Х14Г7 размером 10х10х55 мм подвергались цементации в твердом (Березовском) карбюризаторе при температуре 970 °С в течение 17 часов, охлаждение вместе с печью, высокотемпературной закалки с 1120 °С в масло. НТЦО проводили в интервале температур 600 °С↔20 °С с нагревом в нагретой до 600 °С электропечи, выдержка 20 мин., охлаждением на воздухе до ~20 °С (20…25 мин.) с количеством циклов 2, 5, 8 11. Проведены исследования микроструктуры (микроскоп NEOPHOT-21); измерения твердости по Роквеллу; микротвердости (микротвердомер МПТ-3); испытания ударной вязкости проводили на маятниковом копре МК-30; испытания износостойкости в условиях сухого трения-скольжения металл по металлу (машина МИ-1М); абразивной износостойкости (схема Бринелля-Хоуорта) в среде кварцевого песка.

После высокотемпературной закалки 1120 °С микроструктура науглероженного слоя глубиной 1,2…1,5 мм состоит преимущественно из аустенита повышенной стабильности. Последующая НТЦО 600 °С↔20 °С дестабилизирует аустенит с различной степенью в зависимости от количества циклов нагрева – охлаждения за счет выделения из аустенита высокодисперсных частиц карбидов типа (Cr,Fe)₂₃C₆, уменьшения содержания углерода и хрома в аустените и, как результат повышения мартенситных точек (М_н и М_к). Соответственно, после 2 и 5 циклов структура поверхностного слоя становится аустенитно-мартенситной, декорированной частицами карбидов, а после 8 и 11 циклов – количество мартенсита закалки и карбидных частиц больше. Микротвердость поверхностного слоя образцов находится в пределах 270…345 HV, по глубине цементованного слоя она снижается до 160…180 HV.

Ударная вязкость образцов цементованной стали 20Х14Г7 с увеличением числа циклов НТЦО от 2 до 11 изменяется от KCU=55 Дж/см² до KCU=78 Дж/см² по кривой с максимумом (KCU=160 Дж/см²), соответствующем 8 циклам. Относительная износостойкость при сухом трении – скольжении изменяется от числа циклов НТЦО по кривой с максимумом (ε_т=4,6), соответствующем 5 циклам, а после 8 и 11 циклов она снижается до ε_т=1,3….1,0. Наибольшие показатели относительной абразивной износостойкости цементованной стали 20Х14Г7 достигнуты после 5 и 11 циклов НТЦО, соответственно, ε_а=3,25 и ε_а=3,0. Различия в параметрах НТЦО, соответствующих наибольшим показателям износостойкости для разных условий испытаний на изнашивание объясняются разницей схем напряженно-деформационных состояний и, соответственно, различием развития и объема реализации γ_ост→αʹ ДМПИ в тонком поверхностном слое.

Повышенная износостойкость образцов стали 20Х14Г7 объясняется оптимальными фазово-структурным состоянием и развитием γ_ост→αʹ ДМПИ под деформирующим действием контр-тела (для условий сухого трения-скольжения) и абразивного. Это вызывает эффекты самоупрочнения, поглощения подводимой механической энергии и релаксации напряжений, синергизма всех фазово-структурных и кинетических факторов, что способствует самоадаптации материала к условиям испытаний и, очевидно, к соответствующим условиям эксплуатации реальных деталей машин.