Износостойкий металл к стиранию

Износостойкие стали

Износостойкие стали и сплавы необходимы для изготовления деталей машин и механизмов, работающих в условиях изнашивания: пары трения, червячные пары, подшипники скольжения, ковши экскаваторов, железнодорожные стрелки, гребные винты судовых моторов и т. п.

Изнашивание — процесс постепенной повреждаемости поверхности детали, которая работает в постоянном или периодическом контакте под нагрузкой с другой деталью (или в контакте с рабочей средой).

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию. Износ выражается в потере веса, в изменении формы, размеров и состояния поверхности детали.

Работоспособность деталей в условиях изнашивания зависит от ряда внешних и внутренних факторов. К внешним факторам относят трение и такие условия работы, как скорость относительного перемещения, нагрузку, температуру; к внутренним — строение материала.

Различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное (ГОСТ 27674—88). Механическое изнашивание имеет ряд разновидностей — абразивное, адгезионное, окислительное, эрозионное, гидроабразивное и др. Все виды механического изнашивания можно, в свою очередь, подразделить на две группы по признаку того объекта, под влиянием которого происходит этот процесс: на изнашивание в парах трения и изнашивание в контакте с рабочей средой.

В деталях, работающих в паре при постоянных контактных нагрузках, в условиях эксплуатации на поверхности возникает трение. В машиностроительных конструкциях и механизмах в условиях трения работают многочисленные детали: втулки, кулачки, червяки, пальцы поршней, фрикционные диски и др.

Для изготовления пар трения применяют стали, подвергнутые поверхностному упрочнению — XTO (цементации, нитроцементации, азотированию), и после закалки ТВЧ.

Цементуемые стали подразделяют по степени упрочнения сердцевины. При одной и той же твердости цементованного слоя работоспособность деталей повышается по мере увеличения твердости сердцевины.

В первую группу включают низкоуглеродистые стали марок сталь 10, сталь 15, сталь 20: после цементации твердость поверхности составляет 55. 63 HRC, а сердцевина ввиду низкой прока-ливаемости имеет ферритно-перлитную структуру и является мягкой (250. 350 HB). Вследствие этого углеродистые стали применяют для малоответственных деталей, таких как втулки, кулачки, звездочки и др.

Ко второй группе относят низкоуглеродистые низколегированные стали — хромистые и марганцовистые (15Х, 20Х, 10Г, 20Г). После цементации, закалки и низкого отпуска твердость их поверхности составляет 55. 63 HRC, а сердцевина представляет собой мартенсит отпуска. Стали этой группы имеют нормальную прочность (ов = 700. 800 МПа). Их применяют для производства таких деталей, как пальцы, толкатели, диски, шестерни, поршневые пальцы, фрикционные диски, кулачковые валы, плунжеры и др.

Для ответственных крупногабаритных деталей применяют цементуемые комплексно-легированные низкоуглеродистые стали (12ХН3А, 20ХГНР и др.), отличающиеся хорошей пластичностью и ударной вязкостью. При усложнении легирования в сталях повышается временное сопротивление при растяжении, увеличивается критический диаметр, т. е. увеличивается прокаливаемость (табл. 14.10).

Для производства деталей, контактирующих при эксплуатации с рабочей средой, существуют весьма разнообразные материалы: выбор их зависит от типа этих сред. Например, материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию, необходимы для изготовления таких деталей, которые при эксплуатации контактируют с грунтом, твердой породой: буровой инструмент, шнеки, бункера, детали рудомелющих агрегатов, детали засыпных агрегатов доменных печей и др.

Материалами, стойкими к абразивному изнашиванию, являются высокоуглеродистые заэвтектоидные стали (1,0. 1,2 % С) и карбидные сплавы.

Карбидные сплавы принадлежат к системе легирования Fe + 4%C + Cr + W + Ti + (Mn, Ni). Детали из них изготовляют литыми или в виде наплавок на изделие электродуговой сваркой. Термообработку к деталям из этих сплавов не применяют. Фазовый состав карбидных сплавов включает мартенсит, 10. 50 % карбидов крупных (микронных и миллиметровых) размеров, а также в некоторых сплавах аустенит. Количество аустенита регулируют введением никеля и марганца. Карбиды в этих сплавах являются высокомодульными соединениями Сr7С3, VC, TiC, WC. Твердость сплавов 61. 63 HRC.

Читайте также:  Отчет по железу компьютера

В марках данных сплавов (95Х7Г5С, 250X38, 350Х15Г3Р1, 370Х7Г7С), а также заэвтектоидных сталей указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз (табл. 14.11).

Для работы в условиях абразивного изнашивания могут применять так называемые твердые сплавы, которые представляют собой порошковый спеченный материал, содержащий высокотвердые карбиды: основным является карбид вольфрама (80. 97 %), а в качестве связующего используют кобальт (3. 12 %).

Маркировка твердых сплавов включает буквы, обозначающие тип карбида и кобальта (для содержащих карбид вольфрама) либо количество других карбидов и количество кобальта. Карбид вольфрама WC обозначают буквой В, карбид титана TiC — буквой Т; две буквы TT означают, что сплав содержит одновременно карбиды титана TiC и тантала TaC. Примеры маркировки и химического состава некоторых твердых сплавов приведены ниже:

Твердые сплавы отличаются высокой износостойкостью. Их применяют в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, а также широко используют как инструментальный материал для изготовления режущего инструмента, узлов штампов, волочильных агрегатов и др.

Материалы, стойкие к ударно-абразивному изнашиванию, необходимы для производства деталей, работающих в условиях одновременного воздействия ударных нагрузок и трения абразивными частицами (грунт). Такие условия работы характерны для траков гусеничных машин, зубьев ковшей экскаваторов, кулаков мощных камнедробилок, крестовин железнодорожных рельсов.

Материал этих деталей должен иметь как высокую твердость поверхности для сопротивления износу в контакте с грунтом, так и вязкую сердцевину для сопротивления ударным нагрузкам. В максимальной степени таким требованиям удовлетворяет сталь Гатфильда — высоколегированная сталь системы Fe — С — Mn. Это сталь аустенитного класса: в твердом состоянии она имеет структуру аустенита, не изменяемую при термической обработке.

Износостойкость и стойкость к ударному нагружению эта сталь приобретает не в результате термообработки, а в процессе эксплуатации.

Основное свойство стали Гатфильда заключается в том, что марганцевый аустенит интенсивно упрочняется (наклепывается) под действием холодной пластической деформации, особенно сильно — при ударных нагрузках. В этих условиях твердость приповерхностных слоев детали из стали 110Г13Л возрастает примерно втрое вследствие наклепа, а сердцевина детали остается вязкой, что связано с пластичностью ГЦК-решетки аустенита. Благодаря такой макроструктуре детали обеспечивается стойкость и к абразивному изнашиванию (поверхность), и к ударным нагрузкам (сердцевина).

Сталь марки 110Г13Л содержит 0,9. 1,4 % С, 11,5. 14 % Mn, а также Si, Ni, Cu, Cr (

Источник

Износостойкие стали, их марки и назначение

Сталь – это соединение железа с углеродом и прочими элементами, которое можно подвергать ковке или деформации. Классификация стали происходит по составу химических элементов, по методу изготовления и количеству вредных примесей, по способу применения и по микроструктуре.

Одним из видов стали являются износостойкие стали. Это специальные сплавы, которые предназначены для эксплуатации в экстремально тяжелых условиях. Они способны выдержать исключительный абразивный износ и воздействия скольжения или ударов.

Износостойкие стали обладают повышенной твердостью, благодаря применению в составе марганца и прочих легирующих элементов. Стали с таким составом склонны к интенсивному наклепу.

Чем больше на элемент воздействуют сверхнагрузки, вызывающие в стали напряжения, которые больше ее предела текучести, тем интенсивнее происходит повышение ее твердости и износостойкости, при стандартно значительной вязкости.

Марки износостойкой стали

В промышленности широко используются материалы наклепного типа, к примеру, 110г13. Также для деталей механизмов применяется марка 110г13л, в составе которой имеется от 1 до 1,4 процента углерода. Используется высокомарганцовистая сталь Г13г13.

Что касается зарубежных марок, то обычно предпочтение отдается относительно стойким к износу материалам Hardox, Raex, Fora, Xar.

Читайте также:  Металл для украшений который не темнеет

В рамках замещения импортных материалов, в нашей стране широко используется более доступная по цене, но при этом превосходящая аналоги российская бронесталь типа А3. В России применяется и марка 45Х2НМФБА.

Назначение износостойких сталей

Такие материалы производят для агрегатов и оборудования, применяемого в промышленных областях, связанных с лесопильным и горно-добывающим делом, переработкой отходов, обработкой почвы и не только.

Эти стали легко переносят удары, абразивное трение и высокое давление. Из них делают, к примеру, экскаваторные ковши, черпаки землеройных машин, щеки камнедробилок, гусеничные траки и многие другие детали.

Подобные стали требуются для элементов подобных агрегатов. Они делятся на три типа:

шарикоподшипниковые (из них делают ролики и шарики подшипников),

графитизированные (из них создают поршни, коленчатые валы и прочие фасонные отливки),

высокомарганцовистые (из этих сталей делают звенья гусениц и многое другое).

Источник

Характеристики, разновидности и сфера применения износостойкой стали

Износостойкими называют стали, которые способны выдерживать большие механические и сжимающие нагрузки, воздействие скольжения и трения, и могут использоваться в экстремальных условиях. Сегодня на рынке металлопроката представлено множество вариантов износостойких сталей, давайте разберемся, как выбрать качественную и подходящую сталь. А также определим, в каких отраслях строительства и промышленности используются износостойкие стали.

Характеристики износостойких сталей

Главной особенностью данного вида стали является его состав, в котором присутствует как марганец, так и другие легирующие элементы, благодаря чему, сталь становиться достаточно твердой, чтобы выдерживать практически любые нагрузки. Также важно понимать, что чем выше нагрузка на данный вид сталей, тем выше становиться его твердость и износостойкость, что не позволяет конструкции прийти в негодность или разрушиться.

При этом, помимо показателей прочности, данный вид металлов обладает достаточно высокой пластичностью и хорошей свариваемостью при необходимости. У стали, прошедшей закалку, повышается устойчивость ко всем видам износа. Также следует обратить внимание на условия и интенсивность эксплуатации деталей.

Разновидности износостойких металлов

Как уже было сказано, на рынке представлено множество разновидностей износостойких металлов, среди которых:

  • Шарикоподшипниковые сплавы – разновидность инструментальных сталей, которые обладают высокими характеристиками прочности, твердости, износостойкости, а также необходимым уровнем вязкости;
  • Графитизированные марки стали – в своем составе содержат такие элементы как углерод, графит, никель и хром; отличаются увеличением прочности металла при увеличении нагрузки, при этом плохо поддается обработке;
  • Высокомарганцовистые марки металла – в своем составе содержат такие элементы как марганец, хром, углерод, железо; отличаются самыми высокими показателями износостойкости, высокой прочностью и низкой твердостью.

Сфера применения износостойких сплавов

Износостойкие сплавы применяются во многих отраслях промышленности и строительства, среди которых:

  • Строительство различных объектов с применением металлоконструкций, для которых необходима повышенная прочность;
  • Автомобилестроение – изготовление различных деталей для автомобилей, которые подвержены высокому трению (ролики и шарики подшипников, втулки, поршневые кольца, коленвалы, сменные накладки), а также бронированные элементы;
  • Тяжелая техника для строительства дорог и иных объектов – ковши для экскаваторов, гидравлические молоты, некоторые элементы разравнивателя для асфальтоукладчика и другие элементы тяжелой техники;
  • Техника для работы в карьерах и горнодобывающей отрасли – режущие кромки оборудования, кузова для самосвалов, транспортировочные емкости и желоба, контейнеры, бункеры;
  • Сельскохозяйственная техника и техника для заготовки леса – некоторые элементы лесопогрузчика, плужного оборудования, перегружателя, элементы отжимного пресса;
  • Отрасль железнодорожного строительства – элементы железнодорожных полотен, облицовка вагонов, звенья гусеничных механизмов и другие элементы;
  • Изготовление станков – различные элементы производственного оборудования, которые подвержены сильным нагрузкам и трению (валы, агрегаты, узлы и иные детали).

Применение высокопрочных сталей в данных областях промышленности существенно продлевает срок эксплуатации элементов и оборудования в целом, машин и механизмов, что снижает затраты на их ремонт и замену, позволяет избежать застоев при проведении работ.

Источник

Износостойкая сталь

К износостойким сталям относятся сплавы, предназначенные для использования в экстремальных условиях. Благодаря особому химическому составу, они выдерживают серьезный абразивный износ, исключительные механические и сжимающие нагрузки, воздействие скольжения, трения. На рынке высокопрочных сталей представлено множество производителей и видов проката, разобраться в которых бывает сложно даже профессионалам. Из данной статьи вы узнаете, как правильно выбрать износостойкую сталь, и почему в разных отраслях промышленности просто необходимо использование качественных износостойких сплавов.

Читайте также:  Сколько весит ваз 2110 на металлолом с двигателем 8 клапанов инжектор

Характеристики износостойких сталей

Главное свойство износостойких сталей – повышенная твердость, которая обеспечивается присутствием в составе марганца и других легирующих элементов. Причем чем сильнее нагрузка на элемент, тем более износостойкой и твердой становится деталь, а разрушения поверхности и внутренней структуры не происходит.
При высоких показателях прочности материал остается пластичным, не крошится, поддается сварке. При выборе высокопрочного сплава важно учитывать условия и интенсивность эксплуатации детали или узла. У проката, прошедшего закалку, повышается устойчивость ко всем разновидностям износа.

Характеристики износостойких сталей

Главное свойство износостойких сталей – повышенная твердость, которая обеспечивается присутствием в составе марганца и других легирующих элементов. Причем чем сильнее нагрузка на элемент, тем более износостойкой и твердой становится деталь, а разрушения поверхности и внутренней структуры не происходит.
При высоких показателях прочности материал остается пластичным, не крошится, поддается сварке. При выборе высокопрочного сплава важно учитывать условия и интенсивность эксплуатации детали или узла. У проката, прошедшего закалку, повышается устойчивость ко всем разновидностям износа.

Сферы применения износостойких сплавов

Использование высокопрочных сталей увеличивает срок эксплуатации оборудования, машин и механизмов, значительно снижает затраты на их ремонт и обслуживание, устраняет простои на производстве. Металлопрокат используется в самых разных отраслях.

  1. Автомобилестроение
    Производство деталей и узлов, подверженных интенсивным нагрузкам и работающих в условиях трения – ролики и шарики подшипников, втулки, сменные накладки, поршневые кольца, коленчатые валы и другие фасонные изделия, бронированные элементы.
  2. Дорожная и строительная техника
    Изготовление экскаваторных ковшей, режущих кромок техники, козырьков землечерпалок, гидравлических молотов, элементов разравнивателя для асфальтоукладочной машины. В качестве футеровки желобов оборудования, дробилок, контейнеров, лопастей барабана, бетономешалок.
  3. Тяжелая карьерная и горнодобывающая техника
    Изготовление режущих кромок оборудования, кузовов для самосвалов, транспортировочных емкостей и желобов, бункеров, футеровка накопителей и других элементов дробилок, режущий инструмент.
  4. Железнодорожная отрасль
    Облицовка вагонов, в качестве элементов железнодорожных полотен, звеньев гусеничных механизмов, крестовин и т. д.
  5. Сельхозтехника и оборудование для лесозаготовки
    Концевые механизмы лесопогрузчика, перегружателя, элементы отжимного пресса, плужного оборудования, оборудования для транспортировки и хранения силоса.
  6. Станкостроение
    В качестве элементов производственного оборудования, подвергающегося серьезным нагрузкам и трению: валы, узлы, агрегаты, детали.
  7. Строительная отрасль
    Изготовление металлоконструкций различного назначения, предполагающих особую прочность строения. Для этих целей используются конструкционные марки.

Виды и марки износостойких сталей

При изучении классификации и выборе износостойких сплавов необходимо учесть, что ряд марок отечественных производителей обозначают индексами, а в зарубежных маркировках нет информации по химическому составу.

Графитизированные марки (У16 (ЭИ336), 60Г, 65Г, 70Г, 40Х, 40ХН, 45ХН и др.) — отличаются высоким содержанием углерода, в состав также входит хром, никель, графит. Прокат упрочняется при динамической нагрузке, плохо поддается обработке.

Шарикоподшипниковые сплавы ГОСТ 801-78 (ШХ20, ШХ15) – относятся к виду инструментальных сталей и обладают высокой прочностью и износостойкостью, твердостью и необходимым уровнем вязкости.

Высокомарганцовистые марки (Г13Л, 110Г13Л) – в состав кроме марганца входят также железо, углерод, хром. Обладают самой высокой износостойкостью, которая сочетается с низкой твердостью и высокой прочностью. Согласно отечественной стандартизации, сплавы соответствуют ГОСТ 977-88.

Как можно убедиться, высокое качество и надежность высокопрочных сталей делают их использование обоснованным во многих отраслях промышленности и машиностроения. Эти сплавы прочно завоевали позиции на рынке металлопроката и пользуются большой популярностью.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл