Методическое руководство к выполнению лабораторных работ по курсу «Основы повышения надежности и долговечности деталей машин», страница 2

Главным средством борьбы с абразивным изнашиванием является придание материалу таких свойств, при которых становилось бы невозможным или затруднялось внедрение абразивных частиц в поверхность. Главным при этом считается повышение твердости. Как и всякое другое механическое свойство, твердость является функцией от структурного состояния сплава. Таким образом, абразивная износостойкость материала определяется его структурой, т.е. является структурно-чувствительной характеристикой.

В зависимости от химического состава и вида термической обработки стали могут иметь структуру самых разнообразных типов. Сначала рассмотрим структуры на базе a-железа.

 Феррит характеризуется самой низкой твердостью, поэтому низкоуглеродистая сталь или армко-железо (содержит ~ 0,03 % С) в отожженном состоянии имеют минимальную износостойкость. Увеличение содержания углерода сопровождается ростом твердости стали за счет повышения количества цементита, который поначалу входит в состав перлита, а затем образует самостоятельную структурную составляющую. В связи с этим абразивная износостойкость отожженной стали растет пропорционально увеличению содержания углерода ( в структуре это отражается повышением объемной доли перлита и появлением вторичного цементита). Следует. Однако. Заметить. Что этот рост не очень значителен, поскольку в перлите содержатся мягкие прослойки феррита, и, кроме того, цементит является самым мягким карбидом среди всех карбидов, присутствующих в легированных сталях, и плохо противостоит воздействию абразивных частиц.

Закалка стали позволяет существенно повысить абразивную износостойкость стали. При этом среднеуглеродистая сталь оказывается более стойкой в сравнении с отожженной высокоуглеродистой сталью. Мартенсит признают наиболее приемлемой структурой углеродистой или низколегированных сталей, работающих в абразивной среде. Твердость и износостойкость мартенсита растут по мере увеличения в нем количества углерода. Дополнительный рост износостойкости обеспечивается присутствием в мартенсите нерастворившихся при нагреве под закалку включений вторичного цементита. Это является одной из причин того, что инструментальные высокоуглеродистые стали закаливаются из межкритического интервала, а не из аустенитной области.

Наибольшую абразивную стойкость сталей фиксируют в случае наличия структуры «высокоуглеродистый мартенсит + специальные карбиды (хрома, молибдена, ванадия, вольфрама)». Естественно. Что такая структура может быть получена лишь в высоколегированных сталях типа Х12Ф, Х6ВФ, Р6М5. Высокое содержание карбидообразующих элементов в этих сталях обеспечивает формирование специальных карбидов Ме₇С₃, Ме₂₃С₆, МеС, Ме₆С (например, сложного карбида на базе хрома (Cr,Fe,Mo)₇С₃)_. Эти карбиды имеют повышенную твердость (1600-2500 HV) и с трудом разрушаются абразивными частицами. Чем сильнее карбидообразующая способность элемента, тем выше твердость специального карбида: например, карбид TiC имеет твердость 3200 HV.