Твердость и модуль упругости карбидов

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). Они изготавливаются литыми или в виде наплавок на деталь при помощи электродуговой сварки. Термообработка к ним не применяется. Фазовый состав карбидных сплавов: мартенсит с 10 - 50 % карбидов крупных (микронных и миллиметровых) размеров, или мартенсит с аустенитом и карбидами. Количество аустенита регулируется введением никеля и марганца. Карбиды представляют собой высокомодульные карбиды состава: Cr₇C₃, VC, TiC, WC. Твердость сплавов составляет 61 - 63 HRC.

Марки сплавов: 95Х7Г5С, 250Х38, 350Х15Г3Р1, 370Х7Г7С и др. В марках этих сплавов, а также заэвтектоидных сталей количество углерода указывается увеличенным в 100 раз.

Материалы, стойкие к ударно-абразивному изнашиванию, необходимы для 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.

К этим деталям предъявляется двойное требование: особо твердая поверхность для сопротивления износу в контакте с грунтом и вязкая сердцевина – для сопротивления ударным нагрузкам. Таким требованиям в максимальной степени удовлетворяет сталь Гатфильда – высоколегированная сталь системы Fe - C - Mn марки 110Г13Л (буква «Л» означает литое состояние). Это сталь аустенитного класса, которая имеет специфическое свойство: под действием ударных нагрузок марганцевый аустенит интенсивно упрочняется (наклепывается). Так, твердость приповерхностных слоев детали из стали 110Г13Л при ударных нагрузках возрастает примерно втрое, что и обеспечивает износостойкость деталей при эксплуатации. А сердцевина детали остается вязкой, что связано с пластичностью ГЦК решетки аустенита. Вследствие этого детали из стали 110Г13Л одновременно обладают и износостойкостью к абразивному изнашиванию (поверхность), и стойкостью к ударным нагрузкам (сердцевина).

Износостойкие покрытия. Повышенную износостойкость деталей возможно обеспечить, применяя нанесение покрытий.

Высокой твердостью обладают карбиды, нитриды – соединения, которые образуются в процессе нанесения покрытий в приповерхностном слое сталей.

Борирование сталей применяют при изготовлении штампов, различных деталей, работающих в условиях изнашивания. Твердость поверхности обеспечивается образованием высокотвердых боридов железа. Борированные стали, кроме износостойкости, обладают коррозионной стойкостью, теплостойкостью, жаростойкостью (до 800°С).

Хромирование для повышения износостойкости применяют для низко- и среднеуглеродистых сталей, в которых возможно образование на поверхности высокотвердых карбидов хрома. Хромированные стали имеют высокую износостойкость в условиях кавитационного и эрозионного изнашивания при низких и высоких температурах. Их стойкость в 25 раз более высокая по сравнению со сталями без покрытия.

Ванадирование сталей приводит к повышению износостойкости более чем в 20 раз по сравнению со сталью без покрытия.

Титанирование конструкционных и инструментальных сталей дает возможность повысить работоспособность различных изделий от 5 до 20 раз.