Износостойкая сталь

Материалы, устойчивые к изнашиванию в условиях больших давлений и ударных нагрузок. Трение с высокими давлениями и ударным нагружением характерно для работы траков гусеничных машин, крестовин железнодорожных рельсов, ковшей экскаваторов и других деталей. Их изготовляют из высокомарганцовистой аустенитной стали 110Г13Л, называемой сталью Гадфильда, содержащей примерно 1% С и 13% Мn. Высокая износостойкость этой стали обусловлена способностью аустенита к сильному деформационному упрочнению (наклепу). Сталь плохо обрабатывается резанием, поэтому детали получают литьем (буква Л в марке стали) или ковкой. Сталь содержит 0,9-1,4% С, 11-15 Mn, 0,5-1%Si, имеет после литья структуру аустенита и карбидов марганца и железа.

Износостойкость стали 110Г13Л максимальна, когда она имеет однофазную структуру аустенита. Такую структуру обеспечивают закалкой в воде от 1000^оC. После закалки сталь имеет низкую твердость (НВ 2000) и высокую вязкость. Если такая сталь во время работы испытывает только абразивное изнашивание, то оказывается не износостойкой. В условиях же ударного воздействия в поверхностном слое стали образуется большое количество дефектов кристаллического строения (дислокаций, дефектов упаковки). В результате твердость поверхности повышается до НВ 6000, и сталь становится износостойкой. В начале 20 века сталь применяли для тюремных решеток, тогда их называли Schwedische Gardinen - шведские шторы. Решетки представляли собой двухслойный пруток, в середине была сталь Гадфильда. При попытке перепилить решетку внутренний слой упрочнялся, и дальнейшая резка становилась невозможной.

Изнашивание, связанное с ударным нагружением поверхности, наблюдается также при кавитации. В качестве кавитационно-стойких применяют стали с нестабильной структурой аустенита 08Х18Н10Т, ЗОХЮГК и др. При ударном воздействии аустенит этих сталей испытывает наклеп и частичное мартенситное превращение. Упрочнение поверхности стали в условиях эксплуатации затрудняет образование трещин усталости.

Графитизированные стали. Содержат повышенное количество С до 1,75% и кремния до 1,6%. Кремний является графитизирующим элементом. Часть углерода после графитизирующего отжига выделяется в виде графита (аналогично отжигу для получения ковкого чугуна). После термообработки структура состоит из зернистого перлита с некоторым количеством мелких сферических выделений графита. При неабразивном износе графит играет роль смазки, предотвращая сухое трение и схватывание. Сталь еще обладает антивибрационными свойствами. Стали (ЭИ293, ЭИ336, ЭИ366) применяют для штампов, коленвалов, шаров и др.