Износостойкие стали состав свойства маркировка область применения

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.

Износостойкие стали С500 лучшие в мире износостойкие стали

Стали и сплавы износостойкие в условиях истирающего износа (трения качения, трения скольжения). В подобных условиях работают детали типа шарико- и роликоподшипников, валы, детали дорожных и землеройных машин.

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 сталь С500. Износоустойчивая броня С500 нашла широкое применение в цементной и горношахтной промышленности. Полезные свойства: износостойкость, ударопрочность, пулестойкость, абразивная устойчивость, взрывозащита, идеальная свариваемость, позволяют навсегда забыть о ХАРДОКС и стали 110г13, г13, 110г13л (литой вариант).

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.

Износостойкая, ударопрочная пулестойкая сталь С-500 превосходит 110г13 и ХАРДОКС в 10-ки раз в сложных условиях изнашивания, сопровождаемого большими удельными и ударными нагрузками

Чтобы материал имел повышенную износостойкость в таких условиях, необходима высокая твердость.

Графитизированные стали применяется для изготовления штампов, калибров, валов.

irontub.ru

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.

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

Конструкционные износостойкие стали

Под термином «конструкционные стали» подразумевается ряд сплавов, используемых в изготовлении разнообразных узлов, деталей, конструкций и механизмов в машиностроении и строительной области. Конструкционные стали отличаются от других типов особой прочностью.

Конструкционные стали имеют несколько классификаций. В частности их можно разделить по содержанию углерода и добавок на углеродистые и легированные; по способам обработки (цементуемые и улучшаемые), по предназначению – пружинные, подшипниковые. Особую категорию таких сталей составляют износостойкие сплавы, разрабатываемые для работы в экстремально тяжелых условиях, где присутствует высокий абразивный износ, износ в результате скольжения и ударов.Эти сплавы разрабатываются специально для механизмов и оборудования, работающих в горно-добывающей и лесопильной промышленности, на переработке отходов и металлолома, в строительстве дорог, почвообработке и т. д.

Износостойкие стали должны обладать повышенной твердостью. Этого добиваются различными способами. Как правило, для получения данного типа сплавов используются разнообразные легирующие элементы, в частности, марганец. Из отечественных сплавов такой сталью является высокомарганцовистая сталь Г13. Она имеет от 1 до 1,4% углерода и от 12 до 14% марганца в своем составе. Поскольку эта сталь относится к аустенитным, ее характерной особенностью является только стойкость к интенсивному наклепу.

Шарикоподшипниковые стали предназначены для работы в условиях повышенного истирающего износа, возникающего вследствие трения скольжения и трения качения. Эти стали содержат приблизительно 1% углерода и до 1,5% хрома. К таким сплавам относятся отечественные стали ШХ6, ШХ9, ШХ15.

Особняком стоят высокопрочные износостойкие легированные военные стали типа А3 и стали производства концерна SSAB Oxelosund AB, в частности, линейка сплавов, объединенных общим названием Hardox. Так же, как и вышеописанные марки шарикоподшипниковых сталей, Хардокс-стали имеют в своем составе высокое содержание хрома. Например, в марке Hardox 500 от 1 до 1,5% в зависимости от толщины листа. Однако содержание углерода в этих сплавах намного ниже. Отдельные марки этого бренда включают всего 0,2% С. Концентрация углерода влияет на такие характеристики сталей, как твердость и прочность. Несмотря на то, что сплавы Hardox относятся к низкоуглеродистым, они, тем не менее, являются высокопрочными. К примеру, сталь Hardox 450 обладает твердостью в 425-475 НВ и прочностью на разрыв – 1400 МПа. Производитель добивается этого, применяя различные инновационные методики, например, миролегирование, продувку инертными газами в ковше, а также выбирая исходное сырье по высоким стандартам. На заводах концерна практикуется, в частности, использование руды с низким содержанием серы. Сравнительные испытания на Уралвагонзаводе иностранных и Российских сталей в рамках программы импортозамещения показывают, что ХАРДОКС многократно проигрывает А3.

Лабораторные испытания на истирание и износ не дают ХАРДОКСУ эксплуатироваться более 3 месяцев, тогда как А3 практически вечен.

В отечественной практике используется в качестве износостойкого сплава также сталь с высоким содержанием углерода и кремния – так называемая графитизированная сталь. Количество этих двух элементов варьирует от 1,3 до 1,75%. За счет присутствия кремния часть углерода образует графит. Эти сплавы применяются для выплавки валов, производства штампов, калибров, пресс-форм.

Высокомарганцевые стали наподобие марки Г13 уступает по твердости (эта характеристика составляет примерно 200-250 НВ), но относится к недорогим вариантам износостойких сталей. Максимальную износостойкость этот сплав приобретает после закалки при температуре от 1000 до 1100 °С и охлаждении на воздухе. Такая сталь может быть применена для производства звеньев тракторных гусениц, крестовин, устанавливаемых на железных дорогах.

Использование износостойких сталей является весьма выгодным и перспективным в любой отрасли, где детали, узлы и другие изделия из стальных сплавов подвергаются повышенным нагрузкам. Поэтому с каждым днем спрос на такие стали неуклонно и стремительно растет.

irontub.ru

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.

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.

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.

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.

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.

Источник

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.

Ферриты

Для сокращения электрических потерь используют повышение удельного сопротивления. Магнитная сталь играет важную роль в современном производстве. Большим сопротивлением обладают магнитные материалы — ферриты. Ферриты получают из оксидов методом порошковой металлургии. Такие материалы обладают свойствами ферромагнетика и диэлектрика, что позволяет их использовать там, где применяются высокие и сверхвысокие частоты.

Себестоимость ферритных сердечников ниже, чем остальных, благодаря автоматизации производства. Сплавы можно подразделить на 4 группы:

Свойства нержавеющих сталей

Нержавеющая сталь содержит от 10 до 20% хрома, что делает сталь чрезвычайно устойчивой к коррозии (ржавлению). Когда сталь содержит более 11% хрома, она примерно в 200 раз более устойчива к коррозии, чем стали, не содержащие хрома. Существует три группы нержавеющих сталей:

Аустенитные стали с очень высоким содержанием хрома также содержат небольшое количество никеля и углерода. Они очень часто используются для обработки пищевых продуктов и трубопроводов. Они ценятся отчасти потому, что они немагнитные.
Ферритные стали содержат около 15% хрома, но только следовые количества углерода и металлических сплавов, таких как молибден, алюминий или титан. Эти стали магнитные, очень твердые и прочные, и их можно еще больше упрочнить холодной обработкой.
Мартенситные стали содержат умеренное количество хрома, никеля и углерода. Они являются магнитными и термообрабатываемыми. Мартенситные стали часто используются для режущих инструментов, таких как ножи и хирургическое оборудование.

Немагнитные стали

Марки нержавеющей стали и их характеристики

В электромашиностроении от материала требуются иногда немагнитность и механическая прочность одновременно.

Вместо цветных металлов для этой цели применяют более дешевые немагнитные аустенитные стали. Аустенитные нержавеющие (см. гл. XIX) или износоустойчивые (см. гл. XX) стали пригодны как немагнитные, если по прочностным свойствам они удовлетворяют поставленным требованиям. Однако сталь часто не проходит по прочностным и технологическим свойствам, а аустенитные нержавеющие стали слишком дороги в качестве материала для деталей большой массы (например, для немагнитных бандажных колец в турбогенераторах). В этом случае применяют стали, легированные марганцем, хромом, алюминием при сравнительно повышенном содержании углерода и ограниченном содержании никеля.

Аустенитная структура получается в результате закалки, а упрочнение — при холодном наклепе (если в закаленном состоянии прочность недостаточна). Сталь должна обладать устойчивым аустенитом, т. е. точка должна лежать ниже чтобы деформация при комнатной температуре не вызывала образования мартенсита.

Состав некоторых промышленных немагнитных сталей приведен в табл. 100.

Раньше в качестве немагнитных применяли стали с высоким содержанием никеля . В настоящее время найдены составы с меньшим содержанием дефицитного никеля или даже совершенно без никеля где в качестве аустенитообразователя выступает марганец. Марганец как аустенитообразователь действует в два раза слабее никеля, поэтому для получения устойчивого аустенита увеличивают содержание углерода. Если полностью отказаться от присадки никеля, то аустенитная структура и немагнитность могут быть получены в стали состава: Это — сталь типа стали Гадф и льда с присущей ее склонностью сильно упрочняться при деформировании и, следовательно, плохо подвергаться обработке давлением, резанием и т. д., что в данном случае является недостатком. Присадка алюминия в марганцовистые аустенитные стали сильно уменьшает их склонность к упрочнению при деформации.

Таблица 100. (см. скан) Состав немагнитных сталей, %

Такая особенность легирования марганцовистого аустенита алюминием использована в наиболее экономичной и достаточно технологичной немагнитной стали Механические свойства этой стали в закаленном состоянии следующие:

Предел прочности может быть повышен наклепом до 1500—1800 МПа при одновременном снижении пластичности. Все перечисленные аустенитные стали не являются коррозионно устойчивыми; стойкость Против коррозии у них выше, чем у обычной углеродистой стали. При одновременном требовании немагнитности и

Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление процессу изнашивания, под которым подразумевается постепенное разрушение поверхностных слоев материала путем отделения его частиц под влиянием сил трения. Под действием этих сил происходит многократное деформирование участков контактной поверхности, их упрочнение и разупрочнение, выделение теплоты, изменение структуры, развитие процессов усталости, окисления и др. Размещено на реф.рф Различают абразивный, окислительный, адгезионный, усталостный и другие виды изнашивания.

Высокая твердость поверхности – крайне важно е условие обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания. При абразивном, окислительном, усталостных видах изнашивания наиболее износостойкими являются стали с высокой исходной твердостью поверхности, структура которых состоит из частиц твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы.

Цементуемые низкоуглеродистые и среднеуглеродистые стали, упрочненные азотированием или поверхностной закалкой, а также белые чугуны обеспечивают необходимую работоспособность узлов трения, в которых материал должен хорошо противостоять истиранию частицами, являющимися продуктами изнашивания или попадающими в смазочный материал извне.

В условиях ударного износа в абразивной струе (к примеру, работа базовых рабочих узлов мельниц для измельчения песка) наиболее износостойкими материалами являются твердые сплавы, структура которых состоит из карбидов вольфрама, титана и тантала, связанных кобальтом, а также высокоуглеродистые стали типа Х12, Х12М, Р18, Р6М5 с мартенситной матрицей и карбидами.

Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Οʜᴎ представляют из себясплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карбидообразующих элементов (Cr, W, Ti). Стоит сказать, что для наплавки используются прутки из этих сплавов, которые расплавляются кислородно-ацетиленовым пламенем или электрической дугой и в жидком состоянии наносят на поверхность детали. Широкое распространение получили сплавы ʼʼсормайтʼʼ

(1,7…3% С, 15…30% Сr, 2…5% Ni, 2…3% Si) с твердостью до 50 НRС и ʼʼсталинитʼʼ

(ʼʼ 10% С, ʼʼ 20% Сr, ʼʼ 15% Мn, ʼʼ 3% Si) с твердостью до 65 НRС.

Для работы в условиях износа, который сопровождается большими ударными нагрузками, широко используется высокомарганцевая сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда), содержащая 0,9…1,4% С, 11,5…15,0% Mn, 0,5…1,0% Si.

Сталь плохо обрабатывается резанием, в связи с этим детали получают литьем или ковкой. После литья структура состоит из аустенита и избыточных карбидов марганца в железе (FeMn)3C. При нагревании карбиды растворяются в аустените и после закалки в воде с 1100оС сталь имеет аустенитную структуру и низкую твердость 200..250 НВ.

В условиях только абразивного износа такая сталь оказывается неизносостойкой, но при воздействии на деталь больших ударных нагрузок, которые вызывают в материале напряжения выше предела текучести, проходит интенсивный наклеп стали 110Г13Л и рост ее твердости и износостойкости. При этом сталь приобретает высокую твердость до 600 HВ. Сталь 110Г13Л широко используется для изготовления корпусов шаровых мельниц, железнодорожных крестовин, гусеничных траков, козырьков землечерпалок и др.

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.

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 (< 1 % каждого). Буква Л в маркировке означает, что изделия из этой стали имеют литую макроструктуру.

Глава XXIV. МАГНИТНЫЕ СТАЛИ И СПЛАВЫ

Основные магнитные характеристики металлов

Характеристика стали марки 65×13

Из всех металлов только три (железо, кобальт, никель) обладают ферромагнетизмом, т. е. способностью значительно сгущать магнитные силовые линии, что характеризуется магнитной проницаемостью. Относительная магнитная проницаемость ферромагнитных металлов достигает десятков и сотен тысяч единиц; для остальных она близка к единице.

Как известно, вещество, относительная магнитная проницаемость которого несколько больше единицы, называется парамагнитным, меньше единицы — диамагнитным.

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.

Износостойкая сталь HARDOX. Марки и их характеристики, применение и преимущества

Производитель – фирма SSAB Oxelosund AB и ее дилеры позиционирует этот продукт как «чрезвычайно устойчивый к любым видам износа: при трении и ударе, при трении скольжения, к деформационному износу». По прочности сталь Hardох превосходит другие свариваемые стали, а по значению ударной вязкости сравнима с обычными конструкционными сталями. Сталь легко обрабатывается, изгибается и сваривается. Несмотря на высокие прочность и ударную вязкость листовой стали HARDOX, можно использовать обычные цеховые методы обработки, чтобы изготовить из нее требуемую деталь или конструкцию. Сочетание отсутствия примесей и очень точные допуски по толщине позволяют гнуть листовую сталь Hardox. Любая листовая сталь Hardox пригодна для газовой резки. Невысокое содержание легирующих элементов позволяет использовать сварку листов стали всеми известными методами. Допустимая механическая обработка – сверление, цилиндрическое зенкование, коническое зенкование, нарезка резьбы и фрезерование. При этом сварку листов, например, Hardox 400 толщиной 20 мм можно вести без предварительного нагрева, при комнатной температуре.

Действительно такая хорошая характеристика заставляет обратить внимание на продукт.

Возьмем для анализа Hardox 550. Эта марка стали может успешно применяться на горном оборудовании, работа которого проходит в жестких условиях, вызывающих общий повышенный износ узлов и конструкций. Hardox 550 представляет собой среднелегированную конструкционную сталь. Цифровой индекс обозначает твёрдость стального листа по Бриннелю (НВ). Хорошо сбалансированный химический состав Hardox плюс проработанная технология закалки позволяют получить очень качественный продукт – износостойкую сталь с хорошей ударной вязкостью и высокой прочностью. Предел прочности Hardox 550 после термообработки составляет 1700 МПа, предел текучести (физический) – 1400 МПа (для сравнения: предел прочности стали 30ХГСНА после полной закалки и отпуска составляет 1750 МПа). Именно высокий предел текучести имеет наиболее важное значение для использования стали и сплавов в промышленности.

Введение таких легирующих элементов, как никель, хром, марганец и молибден, помогает значительно повысить механические свойства стали Hardox после закалки, при этом ее стоимость ввиду незначительного объема легирующих добавок (самые дорогие – никель и молибден, но их суммарное содержание не превышает 2%) ненамного дороже, чем среднеуглеродистой конструкционной стали. Состав в некоторой степени напоминает высокопрочные стали хромансиль (например, 30ХГСНА), применяемые для изготовления узлов и рам ответственного назначения в машинах.

Как утверждают коммерческие представители фирм-дилеров SSAB Oxelosund AB, применение стали Hardox при изготовлении экскаваторных ковшей позволяет продлить срок службы последних более чем в четыре раза по сравнению с ковшами из конструкционной легированной стали типа 10ХСНД. Такое сравнение довольно спорно, так как, например, у карьерных экскаваторов передняя стенка с режущей кромкой и днище ковша изготавливается из стали марки 110Г13Л (литье). Такая сталь после соответствующей термической обработки приобретает высокую твердость без снижения пластичности, обрабатывается лучше углеродистой, обладает высоким сопротивлением износу. Для достижения лучших параметров резания выбирается сложная форма режущей кромки ковшей, т. е. необходимо изготавливать элементы сложной конфигурации. Лучшим способом изготовления здесь выступает, естественно, литье.

Толстолистовая сталь Hardox может применяться для изготовления боковых стенок карьерных экскаваторов, вваривания ремонтных пластин в днище и стенки ковшей драглайнов, при сооружении течек, приемных бункеров и т. д.

По такому пути пошли на Уралмаше. Уральские машиностроители планируют наладить изготовление ковшей драглайнов с использованием стали Hardox 400. Стандартный ковш ЭШ-20.90 (вместимость 20 м3) представляет собой сварно-литую конструкцию из литой марганцовистой стали 75Г13Л и низколегированной стали 10ХСНД. С целью увеличения вместимости и долговечности ковша вместо стали 10ХСНД будет применяться сталь Hardox 400. Это позволит уменьшить массу ковша и, следовательно, увеличить его вместимость до 22 м3, или на 10%, по сравнению с предыдущей конструкцией. Концевая нагрузка стрелы (масса груженого ковша) при этом не изменяется. В стадии завершения находится разработка подобной конструкции ковша для шагающего экскаватора ЭШ-15.90, вместимость которого будет увеличена с 15 до 17 м3.

Весьма перспективным является изготовление экскаваторных ковшей из стали Hardox в классе строительной техники. Одной из первых компаний, получившей право применять товарный знак «Hardox In My Body» на своих ковшах стала компания КРАНЭКС. Теперь каждый ковш КРАНЭКС будет иметь индивидуальную наклейку с восьмизначным идентификационным номером. Насколько это привлечет покупателя к продукции КРАНЭКС, покажет время.

Максимальное содержание элементов в стали Hardox 550, % C Si Mn P S Cr Ni Mo B 0.37 0.50 1.30 0.020 0.010 1.40 1.40 0.60 0.004

Из стали Hardox изготавливают трехсекционную телескопическую стрелу на автокранах «Мотовилиха» (например, КС-5579.22). Из стали Hardox R600 некоторые отечественные производители начали изготавливать лопасти для бетоносмесительных установок. ЗАО «Бецема» наладила выпуск самосвалов с кузовами из Hardox 400, подтянулись и другие машиностроительные заводы.

Сфера применения листовой стали чрезвычайно широка, и использование сталей Hardox будет увеличиваться, тем более что ведется хорошо поставленная рекламная кампания. В то же самое время с января 2005 г. ОАО «Северсталь» возобновило производство высокопрочных износостойких горячекатаных свариваемых сталей марок 18ХГНМФР, 14ХГ2САФД, 16ХГН2ФБР, 13ХГ2НДФ в толщинах 8,0…50,0 мм. Эти марки являются аналогами шведских марок Hardox и Weldox и при проведении правильной ценовой политики могут потеснить позиции шведских оппонентов.https://os1.ru/artic…remsya-spokoyno

Сварочныe материалы

Класс прочности (H/мм2)	JFE-HITEN	Сварка защищенной дугой	Сварка защищенной дугой	CO2 дуговая сварка	Ar+CO2 дуговая сварка	Электрогазовая сварка
JFE-Steel	KOBELCO	JFE-Steel	KOBELCO	JFE-Steel	KOBELCO	JFE-Steel	KOBELCO	KOBELCO
590	590, 610 590S, 590SL 570U2, 590U2, 610U2 570Е, 590Е, 610Е	KSA-86	LB62 LB62U LB62UL	KB-110 x KW-101B KB-80C x KW-101B KF-300A x KW-101B KF-300A x KW-50C	MF38 x US40	KC-60	MG60 DW60	KM-60	MIX60B	DWS60G, DWS1LG
690	690, 710, 690S 690M, 710M	—	LB106	KB-80C x KW-102B	MF38 x US70	—	MG70	—	MGS70	—
780	780M, 780EX 780S, 780LE	—	LB116 LB80UL	—	PFH80AK x US80BN PFH80AK x US80LT	—	MG80	—	MGS80	—
980	980S 980	—	LB100B LB100J	—	PFH100A x US100A PFH100J x US100J	—	—	—	MGS100J	—

Компания JFE, Япония

JFE была первой компанией освоившей выпуск и продажу износостойкого стального листа в Японии в середине 1950-х годов, и с тех пор износостойкий лист серии JFE-EVERHARD получил признание как надежный материал для строительства, горнодобывающей, промышленной и сельскохозяйственной техники. Помимо этого, JFE Steel Co. разработала качественно новый сверхстойкий стальной износостойкий лист EH-SP с показателями твердости выше 500 по Бринеллю, а также марки высокой вязкости EH360LE, EH400LE и EH500LE. Позже эволюция в строительстве и технике привела к тому, что промышленные объекты и конструкции стали больше, а условия их эксплуатации агрессивнее. Для обеспечения техногенной безопасности таких объектов, необходимы надежные высокопрочные материалы, обладающие, к тому же, высокими показателями свариваемости и вязкости.

Для удовлетворения спроса, компания JFE Steel разработала серию стального листа с уникальными характеристиками под маркой JFE-HITEN прочностью 590-980 Н/мм2.

Этот лист используется для тяжелого машиностроения, для резервуаров и хранилищ, сферических газгольдеров, сосудов давления, морских конструкций и судостроении и пр. JFE-HITEN ценится нашими клиентами как надежный во всех отношениях материал

В 2012 году компания JFE совместно с MITSUI и СТАМИ подписали первый контракт на поставку различного ассортимента высокопрочной и износостойкой стали.

В 2022 году в Екатеринбурге открылся склад розничной торговли износостойкого листа EVERHARD

В 2022 году JFE Steel Corporation подтвердило права СМЦ Стами на дистрибуцию продукции JFE

EVERHARD — является зарегистрированной торговой маркой

Износостойкая сталь

Износостойкие стали характеризуются высокой устойчивостью против истирания. В эту группу входят шарикоподшипниковые, высокомарганцовые и другие стали.

Износостойкие стали способны сопротивляться процессу изнашивания.

Износостойкие стали могут быть весьма различными по своим механическим свойствам и строению. Различают износ контактный и абразивный. Контактный износ имеет место при трении одной поверхности о другую, сопровождаемом давлением или ударами. Абразивным износом называют истирание металлической поверхности в результате трения о нее твердых частиц, движущихся в струе жидкости или газа вдоль этой поверхности.

Износостойкие стали обладают большим сопротивлением износу. Износостойкость сталь приобретает в результате легирования ее марганцем. Наиболее распространенной маркой стали является высокомарганцевая сталь Г13 содержащая 1 0 — 1 3 % углерода, 12 — 14 % марганца и другие элементы. Эта износостойкая и одновременно высокопластичная сталь применяется для изготовления звеньев гусениц ( траки), козырьков ковшей экскаваторов и землечерпалок, стрелок и крестовин рельсов, а также других деталей, работающих на удар и подверженных интенсивному износу.

Износостойкие стали обладают большим сопротивлением износу. Износостойкость сталь приобретает в результате легирования ее марганцем.

Большинство износостойких сталей имеет мартенситную основу с равномерно распределенными включениями карбидов. Для сталей, работающих в условиях высоких циклических контактных нагрузок ( шарикоподшипниковая сталь), особую роль играет при этом тонкость строения мартенсита, дисперсность и равномерность распределения карбидной фазы.

Применение износостойких сталей для деталей УСП и надлежащая термическая обработка гарантируют, длительный срок службы.

Из группы износостойких сталей упомянем марганцовистую сталь ( 0 9 — 1 % Си около 12 — 14 % Мп), которая после закалки в воде при 1000 — 1050 С имеет чисто аустенитную структуру.

Обработка резанием нержавеющих, жаропрочных, износостойких сталей и сплавов вызывает большие затруднения.

Интенсификация режимов ленточного шлифования высокопрочных и износостойких сталей обычно не вызывает опасности появления шлифовочных дефектов ( прижоги, трещины и др.), но ведет к увеличенному расходу инструмента. Анализ средней стоимости единицы продукции при ленточном шлифовании показал, что применение интенсивных режимов резания и, следовательно, укороченных сроков службы лент более экономично, чем получение максимального количества шлифованных деталей при работе ленты на слабых режимах. Ленты, затупившиеся на черновых операциях, могут быть дополнительно использованы на промежуточных или чистовых операциях.

4.4. 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

Аналоги зарубежных подшипниковых сталей

Страны СНГ (ГОСТ)	Евронормы	США (стандарты)	Япония (JIS)	Китай (GB)
ШХ4	100Cr2 (1.3501)*	50100	—	G20Cr2Ni4
ШХ15	100Cr6 (1.3505)*	52100	SUJ2	GCr15
ШХ15СГ	100CrMn6 (1.3520)*	A485	SUJ3	GCr15SiMn