Износостойкая сталь

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

Повышение — износостойкость

Повышение износостойкости и долговечности инструмента в настоящее время достигается путем создания более прочных, термостойких твердых сплавов и сталей, металлокерамики, причем работы по созданию новых инструментальных материалов связаны, как правило, с большими затратами на исследование, и освоение их в промышленности.
 

Повышение износостойкости при обработке этими методами происходит главным образом за счет увеличения твердости поверхностного слоя вследствие изменения его фазового состава. Возникновение в поверхностном слое больших остаточных напряжений сжатия способствует повышению усталостной прочности.
 

Повышение износостойкости тяжелонагруженных шестерен.
 

Повышение износостойкости направляющих способствует длительному сохранению станком точности и виброустойчивости. На практике применяют разнообразные методы повышения долговечности направляющих. Большое значение имеет правильный выбор материала направляющих ( см. гл.
 

Повышение износостойкости: отказ от открытых пар трения и хорошая защита от загрязнений; обеспечение совершенного трения, в частности трения качения, жидкостной и газовой смазки; уменьшение работы трения распределением ее между параллельно работающими поверхностями ( многодисковые муфты и вариаторы) и уменьшением геометрического скольжения; в кинематических парах с малыми перемещениями и опасностью фреттинг-коррозии замена внешнего трения внутренним ( резинометаллические шарниры и мягкие карданы); обеспечение самоорганизации ( самосмазываемости, самопри-рабатываемости и др.), применение избирательного переноса.
 

Повышение износостойкости и соответствующее изменение состояния поверхностных слоев зависит от условий проведения механической, термической и термохимической обработок.
 

Повышение износостойкости является одним из основных требований, предъявляемых к наплавочным работам.
 

Повышение износостойкости при термической обработке стали связано прежде всего с упрочнением металлической основы благодаря образованию мартенсита и ч выделению высокодисперсных карбидов.
 

Повышение износостойкости в условиях окислительного изнашивания происходит за счет повышения химической стойкости и твердости поверхностного слоя деталей.
 

Повышение износостойкости: отказ от открытых пар трения и хорошая защита от загрязнений; обеспечение совершенного трения, в частности трения качения, жидкостной и газовой смазки; уменьшение работы трения распределением ее между параллельно работающими поверхностями ( многодисковые муфты и вариаторы) и уменьшением геометрического скольжения; в кинематических парах с малыми перемещениями и опасностью фреттинг-коррозии замена внешнего трения внутренним ( резинометаллическис шарниры и мягкие карданы); обеспечение самоорганизации ( самосмазываемост и, самопри-рабатываемости и др.), применение избирательного переноса.
 

Повышение износостойкости тяжелонагруженных шестерен.
 

Повышение износостойкости направляющих станины при закалке их сокращает затраты на ремонт машин, так как реже приходится ремонтировать станину, а это, как известно, весьма трудоемкая операция.
 

Повышение износостойкости всех деталей станков достигается, помимо правильного подбора материалов и термической обработки деталей, применения пластмассовых наделок и улучшения качества обработанных поверхностей, еще переводом при модернизации станков на централизованную смазку с установкой в коробках скоростей отдельных насосов для смазки.
 

Износостойкость — материал

Износостойкость материала определяет его способность сопротивляться истирающему действию материала, с которым он находится в контакте.
 

Износостойкость материала зависит от условий трения и параметров испытаний.
 

Износостойкость материала обычно увеличивают, нанося на его поверхность какой-нибудь твердый сплав. Это понятно: при трении твердый покров мало истирается и защищает от износа основной материал.
 

Износостойкость материалов пар тре-ння. В связи с различным механизмом изнашивания пар трения торцовых уплотнений в чистых средах и в средах с абразивными включениями используют два способа определения показателей применимости материалов по износостойкости.
 

Однако износостойкость материалов деталей увеличивается линейно с повышением их твердости только до каких-то определенных значений коэффициента / Ст. При дальнейшем повышении / Ст в зависимости от ударной вязкости материала, его микроструктуры и др. износостойкость может как возрастать, так и снижаться.
 

Расчет износостойкости материалов, работающих при трении качения или при скольжении со смазкой, усложняется тем, что темп нарастания износа при соответствующей наработке может измениться скачкообразно в результате возникновения на поверхностях трения контактных дефектов усталостного характера. В этих случаях расчет деталей ( например, подшипников) проводят на контактную прочность. Однако часто подшипники качения выбраковываются в результате преждевременного износа, что необходимо учитывать при конструировании.
 

Соотношение износостойкости материалов, отличающихся значением а, меняется при изменении нагрузки.
 

Определение износостойкости материалов на установке производилось по потере объема ( массы) образцов за установленный срок испытаний. Образцы из испытываемых материалов устанавливались в специальные гнезда, просверленные в диске в зоне захлопывания кавитационных пузырьков. Эта зона предварительно была определена для заданных условий испытания.
 

Исследование износостойкости материала АТМ-2 применительно к сальникам поршневых компрессоров.
 

Следовательно, износостойкость материала зависит от сочетания материалов в паре трения, от конструкции сборочной единицы и от условий эксплуатации.
 

Ко — износостойкость материала, определенная испытанием выбранных материалов в режиме сухого трения; а — угол между касательной и кривой Pconst в точке, характеризуемой выбранным нагрузочным режимом и касательной к линии, огибающей критические точки в зависимостях NTpf при п const в критической точке выбранного скоростного режима; Р, D — коэффициенты.
 

Методы повышения износостойкости материалов созданием на поверхностях трения пленок, представляющих собой химические соединения атомов различных элементов, их твердые растворы или механические смеси твердых растворов и химических соединений по Б.И. Костецкому — вторичные структуры I и II типов), нашли широкое применение в триботехнике, особенно при использовании в качестве смазочных материалов минеральных и синтетических масел и пластичных смазок

Изучению механизма и разработке средств повышения триботехнических свойств смазочных материалов применением специальных присадок уделяется большое внимание отечественными и зарубежными исследователями.
 

Сравнительные характеристики износостойкости материалов при сухом трении скольжения даны на фиг.
 

Идея определения износостойкости материала при его взаимодействии со струей жидкости, содержащей абразивные частицы, была использована рядом исследователей для создания оригинальных установок, позволяющих не только получить ценные данные для правильного выбора материала, но и исследовать отдельные закономерности гидроабразивного износа.
 

Особенности и правила осуществления цементации стали в домашних условиях

Обычно процедура науглероживания металла происходит на специализированных производственных предприятиях. Есть возможность наладить процесс тем, кто занимается изготовлением стальных или медных изделий в частном порядке.

Цементация стали в домашних условиях подразумевает выбор технологии твёрдой среды.

Технология приготовления смеси

Процесс производства в кустарных условиях твердого карбюризатора осуществляется по следующей схеме:

1. раздробить уголь (древесный, лучше всего из березы или дуба) на фракции размером 3-10 мм;
2. просеять полученную угольную массу;
3. смешать соли (в зависимости от концентрации) и просеять полученную массу до получения однородной смеси;
4. соединить угольную и солевую массы одним из 2 способов:

• перемешать в сухом состоянии;
• растворить солевую смесь в охлажденной дистиллированной воде, затем полученный раствор заливается на измельченный уголь.

Пошаговая инструкция цементации в домашних условиях

В изготовленный из нержавеющей стали ящик со смесью помещается обрабатываемая деталь. Необходим правильный расчет количества карбюризатора на размер заготовки.
Подготовка печи, в том числе обеспечение полной герметичности.
Первоначальный, или сквозной прогрев печи до 700 градусов Цельсия

Если цвет поверхности ящика в печи однороден, возможен переход на следующий этап.
Нагрев среды до максимальной необходимой температуры
При обработке конструкций сложной формы важно обращать внимание на равномерность прогрева поверхности с целью избежания появления необработанных участков.

Для чего нужно цементировать сталь самостоятельно

Цементация и нитроцементация металла – процедура, часто проводимая частными изготовителями ножей, клинков, мечей, кольчуг и других элементов исторических реконструкций.

Печи, ящики для цементации, химические реактивы для цементации дорогие, поэтому нередко конечный продукт имеет заоблачную цену.

Наиболее простым и широко применяемым методом повышения износостойкости металлических сплавов, в том числе и в домашних условиях, является цементирование. При соблюдении алгоритма процесса, техники безопасности и тщательного контроля на всех этапах домашнее цементирование металла позволит продлить жизнь деталям любого механизма.

• Металловедение для машиностроения. Справочник: моногр. / К.Г. Шмитт-Томас. — М.: Металлургия, 1995.
• Справочник металлиста. В 5 томах (комплект из 6 книг). — Москва
• Теоретические основы процессов спекания металлических порошков. Учебное пособие / Ю.В. Левинский, М.П. Лебедев. — М.: Научный мир, 2014.
• Статья на Википедии

Применение — износостойкий материал

Применение износостойких материалов и защитных покрытий, улучшение обслуживания и другие мероприятия, ведущие к повышению надежности оборудования, позволяют увеличить межремотный пробег оборудования.
 

Несмотря на применение износостойких материалов, рабочие органы дробилки быстро изнашиваются, а ротор требует периодической балансировки, что является недостатком этой конструкции.
 

Это открывает возможность применения менее дефицитных и износостойких материалов для изготовления элементов УСП.
 

Повышение износостойкости деталей достигается применением специальных износостойких материалов, уменьшением давления между трущимися поверхностями, улучшением условий смазки, снижением температуры узлов трения, термической или химико-термической обработкой деталей.
 

В этих машинах, помимо применения износостойких материалов и совершенных методов смазки, создаются специальные конструктивные формы, а также механизмы и устройства, автоматически исправляющие ил и не до пускающие те нарушения в работе станка, которые могут произойти в результате износа его важнейших элементов. К таким устройствам станков относятся: автоматическое регулирование зазоров в подшипниках скольжения, автсматические обогреватели, поддерживающие постоянную температуру шпиндельных подшипников, автоматическая компенсация направляющих скольжения при их износе, электромагнитные муфты, не требующие регулировки при износе дисков, автоматическая регулировка и замена износившегося инструмента на основании измерения точности изделия ( рис. 1, г) и другие.
 

Из формулы видно, что при применении более износостойких материалов ( когда коэффициенты износа k и kz малы) длительность периода макролриработки возрастает.
 

Создание надежных узлов и элементов путем рациональной конструкции и применения износостойких материалов. Большая сопротивляемость вредным воздействиям на узел уменьшает скорость потери его работоспособности, смещает кривую рассеивания сроков службы f ( t) в область более высоких значений t и, следовательно, повышает вероятность безотказной работы за данный промежуток времени.
 

Влияние размерного износа на погрешность формы может быть уменьшено применением более износостойкого материала режущего инструмента, а также использованием режущих инструментов с широкими режущими кромками ( подробнее эти мероприятия изложены в гл.
 

Влияние размерного из-носа на погрешность формы может быть уменьшено применением более износостойкого материала режущего инструмента, а также использованием режущих инструментов с широкими режущими кромками.
 

Второе направление в снижении абразивного износа деталей заключается в применении более износостойких материалов, повышении твердости рабочих поверхностей и их покрытия различными сплавами.
 

Для таких уплотнений обязательно полное или частичное агрегатирование деталей, применение высокотвердых износостойких материалов пар трения.
 

Конструкторам хорошо известны такие методы повышения долговечности машин и механизмов, как применение износостойких материалов, создание надежной системы смазки, изоляция трущихся поверхностей от загрязнения, компенсация износа, применение быстросменных деталей и узлов. Однако при конструировании современных машин все чаще приходится применять и другие принципы проектирования долговечных машин.
 

Существенное увеличение гарантированного срока эксплуатации, по сравнению с отечественными насосами, достигается применением дорогих износостойких материалов и безремонтной схемой использования насоса. Это приводит к резкому удорожанию, что в конечном счете не всегда может быть целесообразно и требует сравнительного экономического анапиза применения отечественного или импортного насоса в каждом конкретном случае.
 

Технические характеристики металлических изделий после цементации

1. В результате цементирования на поверхности легированной стали образуется равномерный защитный слой твердостью 60-64 HRC.
2. При цементации в условиях термической обработки (более 700 градусов Цельсия) возможны незначительные изменения структуры металла.
3. Во время процедуры на поверхности сплава образуются феррит и перлит, измельчающие зерно металла (обусловлено высокой температурой произведения окончательной закалки – до 900 градусов Цельсия)

С целью корректировки крупной зернистости, после окончания процедуры цементации металлические изделия подвергаются дополнительной обработке:

• для большинства видов сплавов применяются вторичный нагрев и закалка в воде (происходит при температуре 750-780 градусов). Далее осуществляется их отпуск (в диапазоне от 150 до 180 градусов Цельсия) или нормализация. Повторный нагрев и закалка детали избавляют от крупнозернистости металла.
• для легированных сталей используется только нормализация, без закалки.

Результатом сквозного прогрева металлического изделия является формирование мартенсита в средней части детали. Методика обработки детали после цементации определяется её маркой. Чаще всего применяется отпуск в низкотемпературной среде.

Износостойкость — сталь

Износостойкость сталей и чугунов зависит от их структуры.
 

Износостойкость стали 110Г13Л максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде с 1100 С. После закалки сталь имеет низкую твердость ( 200 НВ) и высокую вязкость разрушения. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается неизносостойкой. В результате твердость поверхности повышается до 600 НВ, и сталь становится износостойкой.
 

Износостойкость стали 40Х после ВТМПО и ПТМПО по оптимальным режимам повышается соответственно в 1 4 и 1 3 раза по сравнению с индукционной закалкой.
 

Износостойкость стали существенно снижается с увеличением энергии удара.
 

Износостойкость стали настолько высока, что она практически перестала быть фактором, определяющим срок эксплуатации рельсов. Для улучшения комплекса св-в и особенно выносливости сталь упрочняют объемной закалкой в масле с последующим отпуском или поверхностной закалкой ( головки рельса) с индукционного ( частота тока 2500 гц) или печного нагрева. Упрочняющая термообработка повышает мех. Глубина слоя, закаленного с нагрева токами высокой частоты, около 12 мм, его конфигурация симметрична по периметру головки рельса.
 

Износостойкость сталей также находится в прямой зависимости от твердости, однако кривые не проходят через начало координат.
 

Износостойкость стали при трении в агрессивных жидкостях зависит в большей степени от ее коррозионной стойкости, чем от механических характеристик.
 

Износостойкость стали Г12 и ее плохую обрабатываемость режущим инструментом можно объяснить превращением на ее поверхности аустенита в мартенсит вследствие действия высоких местных напряжений.
 

Износостойкость стали в хрупкой области разрушения резко снижается с 45 до 28 г -; уменьшается износостойкость и в вязкой области разрушения. Однако на границе хрупко-вязкого перехода износостойкость стали уменьшается незначительно.
 

Износостойкость стали существенно меняется в зависимости от энергии удара. Повышение энергии удара меняет положение сталей в ряду износостойкости. Сталь, показавшая самую высокую износостойкость, при повышении энергии единичного удара может перейти на последнее место.
 

Износостойкость стали Х18 при трении качения с проскальзыванием ( 10 %) при разных температурах отпуска приводится на фиг.
 

Износостойкость сталей, закаленных и отпущенных при разных температурах, повышается линейно с увеличением твердости по сравнению с отожженным состоянием.
 

Сортамент горячекатаного проката

Горячекатаный прокат бывает двух видов:

1. тонколистовой, с толщиной листа до 3.9 мм, отпускается лист в рулонах при толщине листа от 1.2 мм или листами с обрезными краями толщиной от 0.4 мм;
2. толстолистовой, с толщиной 4−160 мм, отпускается также в рулонах до 12 мм и листах.

Горячекатаные листы бывают легированные и конструкционные.

Для сварных конструкций в строительстве и промышленности применяются листы низколегированные из низкоуглеродистой стали. Изделия относительно дешёвы и широко используются в лёгкой и тяжёлой промышленности, где нет повышенных требований к изделиям. Из них изготовляют шовные трубопроводы и клёпаные мостовые металлоконструкции.

Из легированной углеродистой стали делают конструкционный металлопрокат, который идёт на изготовления деталей машин и конструкций, где требуется высокая ответственность.

Горячекатаный прокат имеет большой сортимент, легко сваривается, не подвержен коррозии, оптимален по соотношению «цена — качество», требует минимальной обработки, имеет устойчивость к механическим повреждениям и высоким температурам.

https://youtube.com/watch?v=cmy4_sV9b88

Круглый горячекатаный стальной прокат

ГОСТ круг стальной ГОСТ 2590–2006 определяет диаметр круглого горячего проката в пределах 5−270 мм. Это изделие универсальное и широко используется во многих отраслях промышленности.

Согласно ГОСТу элементы круглого металлопроката бывают особо высокой точности с маркировкой АО 1; высокой точности — А1, А2, А3; повышенной точности — Б1; и простой обычной точности В1, В2, В3, В4, В5. По длине классифицируются как мерные, мерные с немерной длиной, кратной мерной длиной и кратной мерной с немерной длиной, в рулонах. По кривизне круглый прокат классифицируется как I, II, III, IV.

В гражданском строительстве при возведении монолитно-каркасных высотных зданий круглый стальной металлопрокат используется при армировании конструкций.

Металлические прутья идут на изготовление каркасов, ворот, пружин и рессор, используются в судостроении, космической и военной промышленности, в автомобилестроении.

Элементы круглого горячего проката имеют вид прута заданного диаметра. Если диаметр изделия до 9 мм, то отпускается в мотках, свыше 9 мм — в прутках.

Если прокат изготовлен из низкоуглеродистой стали обыкновенного качества или низколегированной стали, изделия отпускаются длиной от 2 до 12 м. Если сталь качественная углеродистая или легированная, длина отпускаемых изделий — от 2 до 6 м. При изготовлении проката из высокоуглеродистой стали длина прутка от 1 до 6 м.

По требованию покупателя прокат могут отпускать немерной длины от 3 до 13 м, при этом допускается 10 процентам изделий иметь меньшую длину, но не короче 75% минимальной.

Список литературы

1. Полетаев В.А., Арефьев И.М., Казаков Ю.Б., Пахолкова Т.А. Исследование зависимости момента трения магнитожидкостного устройства от величины рабочего зазора.// Вестник ИГЭУ, Вып. 4 , Иваново, – 2013. – С.36–41.
2. Топоров А.В., Полетаев В.А., Покровский А.А., Киселев В.В., Пучков П.В., Зарубин В.П. Новые конструкции комбинированных магнитожидкостных уплотнений. / 17-я Международная Плесская научная конференция по нанодисперсным магнитным жидкостям. – Сборник научных трудов. – 2016. – С. 421-429.
3. Киселев В.В. Обзор видов износа механизмов пожарной техники. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1. – № 52. – С. 17-22.
4. Полетаев В.А., Киселев В.В., Топоров А.В. Упрочнение валов пожарных насосов нанесением металлизированных покрытий. / Пожарная безопасность: проблемы и перспективы. – 2014. – Т. 1. – № 1 (5). – С. 400-405.
5. Мельников В.Г., Гунина В.В., Киселев В.В. Повышение долговечности узлов трения строительной техники. / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2003. – № 7. – С. 28.

10.3. Материалы с высокой твердостью поверхности

Высокая твердость поверхности — необходимое условие обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания. При абразивном, окислительном, усталостном видах изнашивания наиболее износостойки стали и сплавы с высокой исходной твердостью поверхности. При работе в условиях больших давлений и ударов наибольшей работоспособностью обладают аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за интенсивного деформационного упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации.

Материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию.

Износостойкость при абразивном изнашивании чистых металлов (рис. 10.4) пропорциональна их твердости: — относительная износостойкость, определяемая в сравнении с образцом-эталоном, — коэффициент пропорциональности). В сплавах эта зависимость может не соблюдаться.

При абразивном изнашивании ведущими являются процессы многократного деформирования поверхности скользящими по ней частицами и микрорезание. Степень развития этих процессов зависит от давления и соотношения твердости материала и абразивных частиц. Так как твердость последних велика, то наибольшей износостойкостью обладают материалы, структура которых состоит из твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Такую структуру имеют большая группа сталей и сплавов.

Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Для наплавки на поверхность деталей используют прутки из этих сплавов, которые нагревают ацетиленокислородным пламенем или электродугой.

В промышленности используют более ста сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карбидообразующих элементов . В их структуре может быть до 50% специальных карбидов, увеличение количества которых сопровождается ростом износостойкости.

Структуру матричной фазы регулируют введением марганца или никеля. Она может быть мартенситной, аустенитно-мартенситной и аустенитной.

Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют сплавы с мартенситной структурой. К ним относятся сплавы типа (цифры, стоящие после буквы У, показывают содержание углерода в десятых долях процента). Детали, работающие при значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаваторов, пики отбойных молотков и др.), изготовляют из сплавов с повышенным содержанием марганца с аустенитно-мартенситной или аустенитной матрицей.

Для деталей машин, работающих при средних условиях изнашивания, применяют спеченные твердые сплавы,

Рис. 10.4. Относительная износостойкость металлов с различной твердостью