Справочник по конструкционным материалам (998983), страница 32
Текст из файла (страница 32)
По существу, это стали с метастабильным аустеннтом. В процессе разрушения мнкрообьемов металла происходит превращение аустеннта в мартенсит; при этом достигается определенное упрочнение по- верхностного слоя, создаются сжимающие внутренние напряжения, выделяются мелкодисперсные карбиды по плоскостям скольжения. Прн ударно-абразивном изнашивании линейная связь между износостойкосгью и твердосп ю сохраняется до определенного значения энергии удара ~641, при превышении которого наблюдается либо увеличение темпа интенсивности изнашивания при возрастании твердости, либо твердость в определенном интервале вообще не влияет на износостойкость. При ударно-гидроабразивном изнашивании повышение содержания углерода и соответственно твердости в зависимости от энергии удара неоднозначно влияет на интен- сивность изнашивания.
И4 Дрн ударно усталостном изнапшвании нз- оы, МПа носостойкие материалы выбирают не только по критерию твердости. Динамический характер 2я00 ! приложения нагрузок не позволяет использо- уз вать инструментальные стали, обладающие вы- Ъ ~ сокой твердостью (60 — 63 НКС ). У этих сталей 2100 1'! ~.2 низкая пластичность, не способствует перерас- $ \ пределению напряжений на участках их кон- 1400 ! центраций. Поэтому сопротивляемость изнашиванию, связанная с накоплением повреждений 700 .Ри ц' ком н ру ен буд.си,я 25 35 45 55 65 Нвс у сталей, не обладающих определенным запа- Рис.
3.3. Изменение временного сосом пластичности. В связи с этим работа на противления инструментальных стазарождение трещины, а главное работа, затра- лей в зависимости от твердости нри чнваемал на ее Развитие, У сталей, имеющих растяжении для НпС, до 52 53 и при высокУю твердость. но малый запас пластич- изгибе для НЕС,> 54-55. Штриховые ности, невелика. линии указывают зависимости, полу- Для сталей с мартенситной структурой и ченные в результате перегрева нри твердостью более 52 — 54 НКСэ не наблюдается закалке: ПряМОй ЗаВИСИМОСтИ МЕжду тасрдОСтЬЮ И ПРОЧ- 1 - стель ' 0,5 ЗЬ С'» '»5 "' С' " 2»5 ЗЬ %' 2- сталь с 1,2 7Ь С; 1,7 $Ь %; 0,7 ЗЬ Сг н 3 ЗЬ Я; постыл. При перегреве в процессе закалки, несмотря на высокую твердость, прочность резко падает «рис.
3.3) ~241. При термической обработке необходимо достичь благоприятного сочетания высоких твердости и прочности с удовлетворительной пластичностью. Снижение твердости с 68 до 55 Низ мало изменяет показатели пластичности. Существенное возрастание зтих показателей происходит при снижении твердости до 45-4$, Низ благодаря коагуляцин карбидов. Пластичность возрастает в большей степени у сталей, содержащих меньшее количество каззбидов с большей способностью к коагуляцин (карбиды МезС, МеззСД, и в меньшей степени для более легированных сталей с карбидами типа МееС.
6 Рекомендуются следующие интервалы значений твердости дпя сталей различного назначения: более 59-66 Низ (высокий) — для металлорежущих инструментов и штампов холодного деформирования (твердость, близкую к верхнему значению, устанав- 2 лнвают для инструментов чистового Резания а также для штампов для прессования и вытяжки); 42-50 НКС (умеренный) — для штампов горячего 1 деформировання, в первую очередь для создания высокой сопротивляемости термической усталости; штампов 200 300 400 г, 'С холодного деформирования (например, высадочных), работающихв условияхудврныхнагрузок; некоторыхдере- Рис.
3.4. Влияние температуры вообрабатывающих и слесарно-моиталшых инструментов. отпуска на относительную нзно- Износостойкость сталей по мере увеличения темпе- состойкость углеродистых стален: ратурЫ ОтПуСКа (РИС. 3.4) СНИжаЕтСя [91. ТЕМП СНИжЕНИя 1-стяяь45;2-стажуа;3-сзяяьуа 175 нзносостойкости у сталей одинаков, хотя общий уровень износа существенно ниже у стали У8. Разрушение в условиях ударно-усталостного изнашивания проявляется наиболее полно при работе штампового инструмента при холодной деформации металла. Износ легированных и углеродистых сталей при одинаковой твердости различен [9]. Легированные стали оказываются более износостойкими, чем углеродистые.
Так, сталь У12 имеет в 2-3,2 раза меньшую износостойкость, чем Х12М [9]. Сложные карбиды в легированной стали положительно влииот на износостойкость при малой (5Дж/см ) энергии удара, С увеличением энергии удара до 14 Дж/см карбидная фаза способствует ускорению изнашивания. Она является своеобразным концентратором напряжений и способствует выкрашнванию отдельных микрообьемов. Для штамповых сталей содержание углерода ограничивается 0,3-0,5 %.
Чем меньше углерода, тем большее содержание легнрующих элементов в стали допускается. При ударно-тепловом изнашивании надежность инструментов определяется прежде всего сопротивляемостью термической усталости. Эта Характеристика определяется теплосгойкостью — способностью сплавов прн нагреве рабочей части, возникающем в процессе эксплуатации, сохранять структуру и свойства, необходимые для прохождения рабочего процесса (резание, деформирование и др,). Теплостойкость сталей с карбид~ми упрочнением связана больше всего со свойствами твердого распюра: чем выше температура фазового превращения, тем теплостойкость больше. У сталей с интерметаллидным уп1ючненнем теплостойкость определяется выделяющимися частицами фаз-упрочнителей, которые могут эффективно задерживать общее разупрочнение вследствие большей дисперсности, отличного типа кристаллической решетки и большей сопротивляемости к коагуляции при нагреве, чем твердого раствора, Сопротивление термической усталости характеризуется также разгаростойкостью— сопротивляемостью стали образованию поверхностных трещин при многократном нагреве — охлаждении.
Особенно это существенно для штамповых теплостойких и полутеплостойких сталей. На разгаростойкость влияют структурное состояние, запас пластичности, чувствительность к окислению и другие факторы. При твердости стали в готовом штампе 45 — 50 Низ структура трооститная. Слабыми участками в таких сталях являются отдельные включения феррита и карбиды. При содержании феррита более 10-15 % сопротивление разгаростойкости снижается весьма существенно. Карбиды или интерметаллиды сильно снижают разгаростойкость при содержании более 5 — 8% и неравномерном их распределении [24]. Для основной группы штамповых сталей, чем больше пластичность (вязкость), тем выше разгаростойкость.
Для сталей, используемых в пресс-формах и для жидкой штамповки, влияние пластичности на разгаростойкость сказывается в меньшей мере. Возникновение трещин является следствием активного воздействия жидких металлов (эффект Ребиндера [46]), коррозии и эрозии. Для изготовления деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания, широко применяют высокомарганцовистые стали [24], в частности аустенитная сталь марки 11ОГ13 (1 — 1„3 % С, 11 — 14 % Мп, до 0,3 % 81, ~ О,ОЗ % Р и ~ О,ОЗ % 3). В литом состоянии ее структура представляет аустенитную матрицу и карбиды.
Для повышения прочности и пластичности ее закаливают в воде от 1100-1150 С (этим достигается растворение карбидов н получение более однородного аустенита). Термически 176 обработанная таким образом сталь в результате деформирования и ударного воздействия в процессе эксплуатации наклепывается и приобретает высокую износостойкость.
Из стали 11ОГ13 изготовляют звенья гусениц (траки) тракторов и других гусеничных машин, шары дробнльных мельниц, щеки камнедробилок и другие изделия, работающие при ударно-абразивном изнашивании. Высокой износостойкостью при значительных давлениях и ударных нагрузках обладают высококобальтовые (20 — 30 % Со) твердые сплавы. Их применяют для оснащения бурового и штампового инструмента, работающего при значительных ударных нагрузках. 3.5.
Кавитациенно-стойкие материалы Выбор кавнтационно-стойких материалов определяется особенностями их работы в условиях кавитации. В движущемся потоке жидкости нри уменьшении давления до уровня, меньшего, чем упругость насыщенных паров, возникает нарушение сплошности, образуются полости, каверны, пузыри. При движении они сокращаются и исчезают (захлопываются). При смыкании полостей материал, контактирующий с жидкостью, испытывает гидродинамические удары, в результате которых происходит разрушение и эрозия.
Давление при этом достигает 126 — 250 МПа, а температура 230-720 С. В кавитационном разрушении материала определенное значение имеет абразивное изнашивание, так как в потоке жидкости в том или ином количестве всегда имеются абразивные частицы 122, 241. На разрушение также влияет электрохимическая коррозия, которая сказывается в большей степени при малых скоростях потока.
Наиболее весомым процессом, определяющим разрушение материала в процессе кавитации, является механическое силовое воздействие, приводящее к разрушению при контактировании. При таком воздействии разрушение может произойти вследствие усталости, хрупкого или вязкого отделенил частиц. Кавитация вызывает пластическую деформацию поверхностных слоев. Прн этом создается определенная степень деформационного упрочне~ня металла с возможным последующнм разупрочнением.
Однако, как правило, в процессе кавитации наблюдается повышение твердости, что указывает на преобладание процессов упрочнения. При увеличении кавитационного воз- / действия свойства металла (прочность, пластичность, твердость и др.) непрерывно изменяются. Энергия 80 деформации расходуетсл на разрушение: большая же Си у ее часть превращается в теплоту, идет на накопление Аи дефектов, меньшая расходуется на фазовые превра- 40 щения, если они могут протекать в сплаве. о В инкубационный (начальный) период энергия / удара в основном расходуется на пластическую де- 0 формацию.
При этом металл наклепывается. При ка- 3 1О 40 т, мин витацноииом РазРУшении дефоРмациоиное УпРочне Рис. З,з. Относительное изменение и кинетика изменения твердости у металлов с ние микротвердости разных мео~шотипной решеткой отличаются весьма существен- таллов 4ри микроуларном агруио (рис. 3.5) [391. жеиии 177 Ьт, мг 160 Никель и медь упрочняются очень быстро и для них дос- тигается предельное насыщение за короткий промежуток 480 времени.
Иначе ведут себя железо и золото. Онн имеют большую кавитационно-эрозионную стойкость. В развитии кавитациоино-эрозионного разрушения зиа- 1 чительная роль отводится структурному фактору. Так, стапи ферритного класса сопротивляются кавнтационному разру- 320 шению хуже, чем аустенитные (рис. З.б) 1391. Кавитационная стойкость обратно пропорциональна размеру зерна, Легнро- 240 ванне увеличивает кавитационную стойкость. Для стапей ферритного класса более эффективно легирование хромом, чем кремнием.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
