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

Примечание: * - цифровое обозначение.

Контрольные вопросы

1. Какую сталь целесообразно использовать для изготовления ковшей экскаваторов?

2. Какие марки износостойких сталей Вы знаете?

3. Как достигается высокая износостойкость стали ШХ15?

4. Какие легирующие элементы повышают износостойкость сталей?

5. Какой сталью можно заменить износостойкий чугун?

6. Какие существуют зарубежные аналоги подшипниковых сталей отечественного производства?

7. Как изменяется износостойкость сталей, легированных хромом?

8. Как влияет кремний на износостойкость сталей?

9. Как влияет марганец на износостойкость сталей?

10. В каких эксплуатационных условиях следует применять сталь марки 110Г13Л?

11. Как изменяется износостойкость сталей, легированных марганцем?

12. Почему износостойкие стали марки 110Г13Л плохо свариваются?

13. Что обеспечивает устойчивость к усталостному виду изнашивания в износостойких сталях?

14. Что является необходимым условием обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания поверхности.?

15. Почему износостойкие стали марки 110Г13Л не подвергаются обработке резанием?

16. Как расшифровать марку износостойкой сталиУ37Х7Г7С?