Цель исследования – установление закономерностей роста усталостной трещины в спеченном порошковом материале системы Fe–Ni–Cu–Mo марки ПЛ-Н2Д2М при циклическом изгибе в зависимости от пористости и времени спекания. Образцы изготавливали методом холодного прессования из порошка ПЛ-Н2Д2М с пористостью 10, 15 и 20 %, затем спекали при 1050 °C в течение 30, 60 и 90 мин. Испытания на циклический изгиб проводили с частотой 7 Гц и амплитудой 3,5 мм. Кинетику роста трещины фиксировали методом электропотенциалов с непрерывной записью сигнала в реальном времени. Все образцы демонстрируют S-образную кинетику роста трещины с тремя этапами: зарождение повреждений, стабильный рост и ускоренное разрушение. Снижение пористости с 20 до 10 % увеличивает число циклов до разрушения и снижает скорость роста трещины. Увеличение времени спекания наиболее эффективно для низкопористых образцов. Микроструктурный анализ выявил наличие тройного твердого раствора Fe–Cu–Ni, создающего локальные концентраторы напряжений. Установлен трехстадийный характер усталостного разрушения. В условиях проведенных испытаний снижение пористости сопровождалось увеличением усталостной долговечности. Подтверждена применимость метода электропотенциалов для непрерывного контроля длины трещины в реальном времени без остановки испытаний.
The aim of the study is to establish the patterns of fatigue crack growth in the sintered powder material of the Fe–Ni–Cu–Mo system of the PL-N2D2M brand under cyclic bending depending on the porosity and sintering time. Samples were made by cold pressing from the PL-N2D2M powder with porosity of 10, 15 and 20 %, then sintered at 1050°C for 30, 60 and 90 minutes. Cyclic bending tests were performed at a frequency of 7 Hz and an amplitude of 3.5 mm. The crack growth kinetics were recorded using the electro-potential method with continuous real-time signal recording. All samples exhibit an S-shaped crack growth kinetics with three stages: damage initiation, stable growth, and accelerated failure. Reducing the porosity from 20 % to 10 % increases the number of cycles before failure and reduces the crack growth rate. Increasing the sintering time is most effective for low-porosity samples. Microstructure analysis revealed the presence of a triple solid solution Fe–Cu–Ni, creating local stress concentrators. The three-stage nature of fatigue fracture is established. Porosity is a determining factor of fatigue durability. The applicability of the method of electro-potentials for continuous monitoring of the crack length in real time without stopping the tests is confirmed.
1. Erden M. A., Yaşar N., Korkmaz M. E., Ayvaci B., Nimel Sworna Ross K., Mozammel M. Investigation of microstructure, mechanical and machinability properties of Mo-added steel produced by powder metallurgy method // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 114. P. 2811–2827. DOI: 10.1007/s00170-021-07052-z.
2. Dorofeev V. Yu., Sviridova A. N., Samoilov V. A. Formation of Structure and Properties of Hot-Deformed Powder Steels Microalloyed with Sodium and Calcium in the Process of Thermal and Thermomechanical Treatment // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. Vol. 62 (6). P. 723–731. DOI: 10.3103/S1067821221060080.
3. Hellenbrand G., Mevissen D., Brimmers J., Brecher C. Stressability of PM-Gears under Consideration of Local Porosity // J. Jpn. Soc. Powder Metallurgy. 2025. 72 Supplement. S1195–S1202. DOI: 10.2497/jjspm.16C-T11-03.
4. Dorofeev V. Yu., Sviridova A. N., Svistun L. I. Influence of Sodium Microalloying on Rolling Contact Endurance and Mechanical Properties of Hot-Deformed Powder Steels // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2020. Vol. 61. Is. 3. P. 354–361. DOI: 10.3103/S1067821220030062.
5. Агеев Е. В., Кругляков О. В., Алтухов А. Ю., Андреева А. Е. Анализ износостойкости образцов, полученных селективным сплавлением электроэрозионных железохромоникелевых порошков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2026. № 1. С. 8–18. DOI: 10.21869/2223-1528-2026-16-1-8-18.
6. Егоров М. С., Егорова Р. В., Ковтун М. В. Влияние содержания углерода на формирование контактной межчастичной поверхности при горячей допрессовке // Безопасность техногенных и природных систем. 2023. Vol. 7 (2). P. 90–101. DOI: 10.23947/2541-9129-2023-7-2-90-101.
7. Tan Z., Liu Y., Huang X., Li S. Fatigue Behavior of Alloy Steels Sintered from Pre-Alloyed and Diffusion-Bonding Alloyed Powders // Metals. 2022. Vol. 12. Is. 4. P. 659. DOI: 10.3390/met12040659.
8. Schenk O., Kaletsch A., Brockmann C. Numerical and experimental Assessment of the Effect of Sintering Time and Temperature on Yielding Behaviour of sintered Steel // Journal of the Japan Society of Powder and Powder Metallurgy. 2025. Vol. 72. P. S263–S270. DOI: 10.2497/jjspm.14F-T12-06.
9. Özdemirler D., Gündüz S., Erden M. Influence of NbC addition on the sintering behaviour of medium carbon PM steels // Metals. 2017. Vol. 7 (4). P. 121. DOI: 10.3390/met7040121.
10. Егорова Р. В., Егоров М. С., Пустовойт В. Н., Егоров А. М. Влияние микроструктурных факторов на механизм разрушения и пластичность спеченных хромоникелевых порошковых сталей при сдвиговых деформациях // Металлург. 2026. № 3. С. 99–103. DOI: 10.52351/00260827_2026_3_99.
11. Пустовойт В. Н., Гришин С. А., Дука В. В., Федосов В. В. Установка для исследования кинетики развития трещины при испытаниях на циклический изгиб // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2020. Т. 86. № 7. С. 59–64. DOI: 10.26896/1028-6861-2020-86-7-59-64.
12. Пустовойт В. Н., Гришин С. А., Долгачев Ю. В., Дука В. В. Усталостное разрушение стали со структурой феррито-мартенситного композита // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2022. № 65 (2). С. 92–97. DOI: 10.17073/0368-0797-2022-2-92-97.
13. Duan Y., Liu W., Ma Y., Cai Q. Revealing Charpy impact behavior of 30CrMnSiNi2A steel prepared by powder hot isostatic pressing // Materials Characterization. 2025. Vol. 221. Art. 114727. DOI: 10.1016/j.matchar.2025.114727.
14. Hojati M., Gierl-Mayer C., Danninger H. Impact Fracture Behaviour of Powder Metallurgy Steels Sintered at Different Temperatures // Berg- und Hüttenmännische Monatshefte. 2024. Vol. 169. P. 132–139. DOI: 10.1007/s00501-024-01428-w.
15. Dai Z., Chen H., Ding R. Lu Q., Zhang Ci., Yang Z. van der Zwaag S. Fundamentals and application of solid-state phase transformations for advanced high strength steels containing metastable retained austenite // Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 143. P. 10590. DOI: 10.1016/j.mser.2020.100590.
16. Fontanari V., Molinari A., Marini M., Pahl W., Benedetti M. Tooth Root Bending Fatigue Strength of High-Density Sintered Small-Module Spur Gears: The Effect of Porosity and Microstructure // Metals. 2019. Vol. 9 (5). P. 599. DOI: 10.3390/met9050599.
17. Егоров М. С., Егорова Р. В., Пустовойт В. Н., Баглюк Г. А. Кинетика возникновения трещин в осаживаемых цилиндрических образцах // Вестник Донского государственного технического университета. 2017. № 3 (90). С. 103–109. DOI: 10.23947/1992-5980-2017-17-3-103-109.
18. Егоров М. С., Месхи Б. Ч., Егорова Р. В. Термическая обработка спеченных порошковых сталей. Аустенитизация в спеченных порошковых сталях // Металлург. 2024. № 9. С. 54–59. DOI: 10.52351/00260827_2024_9_54.