Износостойкие стали

Необходимым условием обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания является высокая твердость 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.

Наибольшей износостойкостью при абразивном изнашивании обладают материалы, структура которых состоит из частиц твердой карбидной фазы и удерживающих их высокопрочной матрицы. Такие материалы обычно используют в виде наплавочных. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием углерода (до 4 %) и карбидообразующих элементов (Cr, W, Ti). 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 У25Х38, У30Х23Г2С2Т (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 аустенитно-мартенситной (У37Х7Г7С) или аустенитной (У11Г13, У30Г34) матрицей. Для обеспечения устойчивости к усталостному виду изнашивания, которому обычно подвергаются детали подшипников качения, используются высокоулеродистые хромистые подшипниковые стали, такие как ШХ4, ШХ15, ШХ15ГС и ШХ20ГС. Они содержат примерно 1 % углерода (ГОСТ 801-78), цифра означает массовую долю хрома в десятых долях процента.

Трение с высокими давлениями и ударным нагружением характерно для работы траков гусеничных машин, крестовин железнодорожных рельсов, ковшей экскаваторов и других деталей. Их изготавливают из высокомарганцовистой аустенитной стали 110Г13Л, содержащей 1,1 % С и 13 % Mn.

Высокая износостойкость этой стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению. В условиях ударного воздействия твердость этой стали возрастает с НВ = 2000 МПа до НВ = 6000 МПа.

Сталь плохо обрабатывается резанием, поэтому детали получают литьем. Соответствие некоторых отечественных марок легированных подшипниковых сталей с зарубежными аналогами представлено в таблице 4.5.

Таблица 4.5