28.11.2019

Износостойкие стали их марки и назначение

34. Износостойкие стали, их термическая обработка, области применения.

Чтобы материал имел повышенную износостойкость в таких условиях, необходима высокая твердость. Наряду с высокоуглеродистыми сталями в качестве износостойких материалов используют белый чугун, твердые сплавы. Последние имеют исключительно высокую износостойкость.

Особую группу износостойких сталей составляют шарикоподшипниковые стали, имеющие около 1 % C и от 0,6 до 1,5 % Cr: ШХ6 (0,6 % C), ШХ9 (0,9 % C), ШХ15 (1,5 % C) и др.

В качестве износостойкого сплава используется и графитизированная сталь. Такая сталь имеет в своем составе повышенное содержание углерода (1,3…1,75 %) и кремния (1,3…1,75). Благодаря этому часть углерода в стали выделяется в виде графита.

Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов.

Износостойкие материалы в условиях действия ударного изнашивания в абразивной струе. Типичными – деталями подвергающимися подобному износу, являются рабочие органидезинтеграторов (мельниц для дробления песка).

Наиболее износостойкими материалами в условиях ударного абразивного износа являются твердые сплавы типа ВК, состоящие из карбидов вольфрама и кобальта при содержании кобальта около 6 % (ВК6), но этот материал очень дорог. Более перспективными являются спеченные стали с карбидным упрочнением, у которых износостойкость помимо карбидов создается упрочняющей термической обработкой.

Износостойкая высокомарганцовистая сталь марки Г13 для работы в условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными нагрузками. Сталь Г13 имеет в своем составе 1…1,4 % углерода и 12…14 % марганца, она имеет аустенитную структуру и относительно низкую твердость (200…250 HB). Сталь Г13 широко используется для изготовления таких деталей, как корпуса шаровых мельниц, щек камнедробилок, крестовин рельсов, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и т.д. Склонность к интенсивному наклепу является характерной особенностью сталей аустенитного класса.

35. Шарикоподшипниковые стали. Маркировка, термическая обработка.

Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0.95-1.0% С и 1.3-1.65% Cr), а больших сечений – хромомарганцевую сталь ШХ15СГ (0.95-1.05% С, 0.9-1.2% Cr, 0.4-0.65% Si и 1.3-1.65% Mn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляются высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации, высокого отпуска, закалки и отпуска детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.

Сталь ШХ6, сталь ШХ15ГС

Ш – индекс данной группы сталей. Х – указывает на наличие в стали хрома. Последующее число показывает содержание хрома в десятых долях процента, в указанных сталях, соответственно, 0,6 % и 1,5 %. Также указываются входящие с состав стали легирующие элементы. Содержание углерода более 1 %.

Шарикоподшипниковые стали – высокоуглеродистые или низкоуглеродистые в цементованном состоянии стали, обладающие высокой твердостью. Легируются обычно хромом.

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.

Читать еще: Влияние меди на свойства стали

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.

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 (

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.

Читать еще: Твердость стали 95х18 по роквеллу

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

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.

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.
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.
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.
Железнодорожная отрасль
Облицовка вагонов, в качестве элементов железнодорожных полотен, звеньев гусеничных механизмов, крестовин и т. д.
Сельхозтехника и оборудование для лесозаготовки
Концевые механизмы лесопогрузчика, перегружателя, элементы отжимного пресса, плужного оборудования, оборудования для транспортировки и хранения силоса.
Станкостроение
В качестве элементов производственного оборудования, подвергающегося серьезным нагрузкам и трению: валы, узлы, агрегаты, детали.
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.

Виды и марки стали

Сталь. Виды и марки стали. Их применение.

Сталь – это сплав железа и углерода с другими элементами, содержание углерода в нём не более 2,14%.

Наиболее общая характеристика – по химическому составу сталь различают:

углеродистую сталь (Fe – железо, C – углерод, Mn – марганец, Si — кремний, S – сера, P – фосфор). По содержанию углерода делится на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую и высокоуглеродистую. Углеродистая сталь предназначена для статически нагруженного инструмента.

легированную сталь – добавляются легирующие элементы: азот, бор, алюминий, углерод, фосфор, кобальт, кремний, ванадий, медь, молибден, марганец, титан, цирконий, хром, вольфрам, никель, ниобий.

По способу производства и содержанию примесей сталь различается:

сталь обыкновенного качества ( углерода менее 0,6%) – соответствует ГОСТ 14637, ГОСТ 380-94. Ст0, Ст1, Ст2, Ст3, Ст4, Ст5,Ст6. Буквы «Ст» обозначают сталь обыкновенного качества, цифры указывают на номер маркировки в зависимости от механических свойств. Является наиболее дешёвой сталью, но уступает по другим качествам.

Читать еще: Стали аустенитного класса марки

качественная сталь ( углеродистая или легированная ) – ГОСТ 1577, содержание углерода обозначается в сотых долях % – 08, 10, 25, 40, дополнительно может указываться степень раскисления и характер затвердевания. Качественная углеродистая сталь обладает высокой пластичностью и повышенной свариваемостью.

Низкоуглеродистые качественные конструкционные стали характеризуются невысокой прочностью и высокой пластичностью. Из листового проката стали 08, 10, 08кп изготавливают детали для холодной штамповки. Из сталей 15, 20 делают болты, винты, гайки, оси, крюки,шпильки и другие детали неответственного назначения.

Среднеуглеродистые качественные стали (ст 30, 35, 40, 45, 50, 55) используют после нормализации и поверхностной закалки для изготовления таких деталей, которые обладают высокой прочностью и вязкостью сердцевины (оси, винты, втулки и т. д.)

Стали 60 — стали 85 обладают высокой прочностью, износостойкостью, упругими свойствами. Из них изготавливают крановые колёса, прокатные валки, клапаны компрессоров, пружины, рессоры и т.д.

высококачественная — сложный химический состав с пониженным содержанием фосфора и серы — по ГОСТу 19281.

Также сталь делится по применению :

а) строительная сталь — углеродистая обыкновенного качества. Обладает отличной свариваемостью. Цифра обозначает условный номер состава стали по ГОСТу. Чем больше условный номер, тем больше содержание углерода, тем выше прочность стали и ниже пластичность.

Ст0-3 — для вторичных элементов конструкций и неответственных деталей (настилы, перила, подкладка,шайбы)

Ст3 используют для несущих и ненесущих элементов сварных и несварных конструкций и деталей, которые работают при положительных температурах. ГОСТ 380-88.

Стандартом качества предусмотрена сталь с повышенным количеством марганца (Ст3Гсп/пс, ст5Гсп/пс).

б) конструкционная сталь — ГОСТ 1050

Углеродистые качественные конструкционные стали используются в машиностроении, для сварных, болтовых конструкций, для кровельных работ, для изготовления рельсов, железнодорожных колёс, валов, шестерен и других деталей грузоподъёмников.Ц ифры в маркировке означают содержание углерода в десятых долях процента.

Ст20 — малонагруженные детали, такие как валики, копиры, упоры,

Ст35 — испытывающие небольшие напряжения (оси, тяги, рычаги, диски, траверсы, валы),

Ст45 (ст40Х) — требующие повышенной прочности (валы, муфты, оси, зубчатые рейки)

Конструкционные легированные стали используют для гусениц тракторов, изготовления пружин, рессор, осей, валов, автомобильных деталей, деталей турбин и др.

в) инструментальная сталь — применяется для режущего инструмента, быстрорежущая сталь для холодного и горячего деформирования материла, для измерительных инструментов, на производство молотков, долот, стамесок, резцов, свёрлов, напильников, бритв, рашпилей.

У7, У8А (цифра- десятые доли процента по содержанию углерода). Углеродистые стали выпускают качественными и высококачественными. Буква «А» означает высококачественную углеродистую инструментальную сталь.

г) легированная сталь — универсальная сталь, содержащая специальную примесь. Содержание кремния более 0,5%, марганца более 1%. ГОСТ 19281-89. Если содержание легирующего элемента превышает 1 – 1,5%, то оно указывается цифрой после соответствующей буквы.

низколегированная сталь — где легирующих элементов до 2,5% (09Г2С, 10ХСНД, 18ХГТ). Низколегированную сталь можно использовать в условиях крайнего севера, от -70 град С. Низколегированную сталь отличает большая прочность за счёт более высокого предела текучести,что важно для ответственных конструкций.

среднелегированная (2,5 -10%),

высоколегированная (от 10 до 50%)

Сталь 09Г2С применяется для паровых котлов, аппаратов и ёмкостей, работающих под давлением и температурой от минус 70, до плюс 450град; её используют для ответственных листовых сварных конструкций в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.

Сталь 10ХСНД используют для сварных конструкций химического машиностроения, фасонных профилей в сдостроении, вагоностроении.

18ХГТ применяют для деталей, работающих на больших скоростях при высоком давлении и ударных нагрузках.

д) сталь особого назначения — сталь с особыми физическими свойствами. Она применяется в электротехничсеской промышленности и точном судостроении.

На свариваемость стали влияет степень её раскисления. По степени раскисления сталь классифицируется:

спокойная сталь (ст3сп) — полностью раскисляется с минимальным содержанием шлаком и неметаллических примесей,

полуспокойная сталь (ст3пс) — по характеристикам качества схожа со спокойной сталью,

кипящая сталь (08кп) — неокисленная сталь с высоким содержанием неметаллических примесей. ГОСТ 1577.

В зависимости от нормируемых характеристик , сталь подразделяют на категории: 1, 2, 3, 4, 5. Категории обозначают химический состав, механические свойства при растяжении, ударную вязкость)

Например, категория 1 — химический состав не нормируемый, категория 3 — нормируется ударная вязкость при температуре +20. Для марки ст0 не нормируется ни химический состав, ни предел текучести.

Марка стали С245 – Ст3пс5

Марка стали С255 — Ст3сп5

Марка стали С235 — Ст3кп2

Марка стали С345 – 09Г2С

Оценка статьи:

Загрузка...