Как проверить износостойкость металла

Нержавеющая сталь является одним из самых востребованных видов сталей, получившей применение в различных сферах и отраслях. Изделия из нержавейки используются не только в промышленности, но и в медицине, пищевой промышленности и бытовых целях. Часто задаются вопросом, что лучше: латунь или нержавеющая сталь? Но об этом мы расскажем в другой статье.

Содержание статьи

Свойства и характеристики нержавеющей стали

Как же определить нержавеющую сталь? Свою актуальность нержавеющая сталь получила благодаря ряду положительных свойств:

• Устойчивость к агрессивным воздействиям окружающей среды;
• Высокая износостойкость, благодаря которой, срок службы изделий составляет более десяти лет;
• Термоустойчивость к резким перепадам температур;
• Высокий уровень устойчивости к коррозии и прочим вариантам разрушения;
• Экологическая безопасность;
• Эстетически привлекательный внешний вид;
• Простота в использовании и уходе.

Говоря о том, что представляет собой нержавеющая сталь и как определить нержавейку, можно сказать, что это результат удачного смешения стали и примесей, усиливающих свойства. Такие примеси являются основным компонентом, не допускающим образования ржавчины и преждевременного состаривания изделий. Чем больше примесей, тем длительнее срок службы стали в целом.

Основными добавочными компонентами являются:

• Медь;
• Никель;
• Молибден;
• Хром;
• Марганец;
• Титан.

Виды нержавеющей стали

Исходя из процентного состава основных добавок, принято отличать нержавеющую сталь следующих видов:

Аустенитные стали. Они содержат не менее 20% хрома и 4,5% никеля.

Дуплексные стали. В них содержание хрома достигает 25%, 1,5%никеля и незначительной примеси азота.

Ферритные стали. В их составе допускается до 29% хрома.

Мартенситные стали. В них содержание хрома незначительное, не более 13%, а никеля максимум 4%.

Многокомпонентные стали. Минимальное количество хрома и никеля и включают широкий спектр прочих примесей-усилителей.

Хром выступает основным компонентом, упрощающим холодную деформацию, увеличивающим срок службы изделий, придающим привлекательный внешний вид.

Несмотря на наличие достаточного количества нюансов, нередко возникают вопросы: как определить нержавеющую сталь, как отличить нержавейку от обычного металла и как проверить нержавейку на качественные составляющие. Для проведения отличительной проверки в бытовых условиях, когда не возможности проведения серьезной аппаратной экспертизы, используются подручные средства.

Как определить нержавеющую сталь: 13 способов

Определение нержавеющей стали с помощью магнита

Нержавеющая сталь не допускает намагничивания в связи с действием токов Футко.

Но данная методика не всегда дает верный результат, так как железные и мартенситные сплавы имеют магнитные свойства,
и поэтому с помощью магнита возможно достоверно определить лишь аустенитно-железные сплавы, в которых содержится высокий процент никеля и хрома. Иначе говоря, определить нержавеющую сталь магнитом на 100% нельзя,
однако узнать ее подвид — можно.

Солевой раствор

Суть метода определения нержавеющей стали солевым раствором заключается в выявлении восприимчивости к коррозии. Крепкий солевой раствор служит хорошим провокатором коррозийного разрушения.

С этой целью, подлежащее проверке изделие на сутки погружается в солевой раствор.

Нержавеющая сталь, обладая высокой степенью устойчивости к подобным агрессивным средам, останется не поврежденной коррозией.

Метод среза

При помощи подручных средств осуществляется надрез. Цвет среза поможет отличить нержавеющую сталь, от сходной по цветовой гамме латуни. В случае последней, срез будет иметь желтый оттенок. В то время, как нержавейка останется светло-серой.

Определение нержавейки медным купоросом

Наждачной бумагой производится зашкуривание верхнего слоя. После чего поверхность нержавеющей стали обрабатывается раствором медного купороса. В таком случае определения нержавеющей стали, как и в случае с приведенными выше способами, нержавейка не изменит своих внешностных характеристик.

Физический метод определения нержавейки

Как проверить нержавейку физическим способом?

Метод основан на знании закона об объеме вытесняемой жидкости. Помещенная в емкость с водой нержавеющая сталь вытеснит количество воды, объемом отличающееся от того, что способен вытеснить металл. Для этого необходимо знать массу изделия, массу вытесненной жидкости и иметь под рукой таблицу данных весовых различий.

Маркировка

Маркировка указывает на свойства, характерные для данного материала. На основании этих свойств, можно понять, как определить и отличить нержавеющую сталь от обычного металла.

Метод чистого листа

Нержавейка не оставляет следов от плотного соприкосновения, в то время, как алюминий даст заметные серые полосы.

Теплопроводимость

У алюминия, в отличие от нержавеющей стали, она значительно выше. В связи с этим вода в емкости из алюминия закипит гораздо быстрее.

Агрессивные среды

При контакте с щелочными и кислотными средами, поверхность нержавеющей стали останется в неизмененном виде. На поверхности алюминия выступят пятна.

Реакция с азотной кислотой

Несколько капель кислоты, вступившие в реакцию с любой углеродистой сталью вызовут образование едких паров. Нержавейка в реакцию не вступит даже поврежденной поверхностью.

Световой отлив

Поверхность нержавеющей стали дает желтовато-синий отлив.

Смесь перекиси водорода и 20% сульфида

Такая смесь, нанесенная на срез, вызовет видимое глазу значительное потемнение, если во взаимодействие с реагентом вступил цветной металл.

Отверстие

Высверливание отверстия поможет отличить нержавейку от дюраля внешним видом стружки.

Определение нержавеющей стали с помощью искры

Как же определить нержавейку с помощью искры? А вот как:

• V (объем) углерода в содержании стали имеет прямую связь с количеством вспышек и искр;
• Оттенок искр дает информацию о структуре металла (если они светловато-белые, то скорее всего это сталь с низким содержанием углерода);
• Если искры имеют очень яркий светлый блеск, то это значит, что в составе материала имеется большое количество титана.

Чтобы провести такой тест на определение нержавейки, нужно начать процесс шлифовки материала болгаркой, а искры и вспышки уже, как сказано выше, дадут необходимую информацию.

Для проведения теста необходима угловая шлифовальная машинка (болгарка). Начните шлифовать поверхность стали и проследите за реакцией. Достаточно точно определить металл или нержавейку помогут цвет, длина и форма искр.

Отдельным пунктом стоит выделить различия пищевой нержавейки от технической. В связи с тем, что посуда из этого вида стали пользуется высоким спросом, подобные отличия являются достаточно актуальными. Поверхность пищевой нержавейки отличается высоким качеством обработки, придающей гладкость.

Даже матовые поверхности визуально и на ощупь не имеют даже малейших дефектов и выступов.Как правило, в сталь такого назначения, примесей металлов добавляют количественно значительно больше. Это связанно с регулярным воздействием агрессивных сред.

Перечисленные свойства и требования относятся и к изделиям медицинского назначения.

Кроме всего перечисленного, большую долю информации о стали, из которой произведено изделие, может дать маркировка.

Видео о способах определения нержавеющей стали

Как определить нержавеющую сталь с помощью медного купороса

Как определить нержавейку в домашних условиях

Определение нержавейки дома

Определение нержавеющей стали с помощью магнита

Маркировки нержавеющей стали

Существует пять видов основных маркировок:

• 08Х18Н10. Посуда из такого материала допускается к использованию в пищевой промышленности. Однако, не допускается воздействия каустической соды.
• 08Х13. Одна из самых популярных марок стали, наиболее часто используемая в изготовлении кухонной утвари. Такую посуду можно нагревать до практически любых температур, а так же хранить в условиях холодильных и морозильных камер.
• 20Х13-40Х13. Данная сталь используется для изготовления моек и посуды. Она хорошо справляется с перепадами температур, пластична и устойчива к механическим повреждениям.
• 12Х13. Изделия из стали с такой маркировкой используются в винодельческой промышленности и спиртовой.
• 08Х17. Данная сталь отличается самой высокой жаропрочностью и хорошей теплопроводимостью. Высоким спросом пользуются сковороды, изготовленные из такой нержавеющей стали.

Оценка качества нержавейки

Оценка качественных характеристик нержавеющей стали имеет зависимость от различных параметров, таких как количество добавок, способа соединения и т.д…

После сварочных работ в местах швов нержавющая сталь теряет свою устойчивость к коррозии, что может привести к образованию ржавчины и затем к ее разрушению.
Покрашенную нержавейку нужно будет чистить от ржавчины, заново проводить шлифовку, из-за чего сталь будет утрачивать свою стойкость к влаге.

Чтобы заранее провести оценку нержавеющей стали, нужно прибегнуть к соляному раствору: в случае высокого
качества материала на стали не останется никаких пятен.

Какие факторы влияют на цену нержавейки

На стоимость нержавеющей стали влияют следующие факторы:

• Разновидность стали (дуплексная, мартенситная, аустенитная, многокомпонентая и т.д..)
• Маркировка (08Х18Н10, 20Х13-40Х13 и т.д.);
• Структурный состав;
• Качественные показатели;
• Толщина листа;

ИТОГ: КАК ЖЕ ОПРЕДЕЛИТЬ НЕРЖАВЕЮЩУЮ СТАЛЬ

Таким образом, задача как определить и отличить нержавеющую сталь от любых других видов металлов и сталей представляется вполне возможной даже без использования серьезных промышленных экспертных мероприятий.

Достаточно запомнить и применить хотя бы часть из вышеперечисленных способов, дающих вполне объективную информацию по отличительным признакам. В случае, если сомнения остаются, лучше обратиться к экспертным данным. Особенно, если речь идет об изделиях, медицинского, или пищевого направления.

Кстати, многих людей также мучает вопрос: можно ли приварить нержавейку к черному металлу? В этой статье разложим все по полочкам.

Проверка металла на прочность. Как и чем проводят испытания?

Вопрос от читателя нашего портала: Проверка металла на прочность. Как и чем проводят испытания?

Ответ: Металл и металлоконструкции проверяют на прочность в специальных лабораториях и специальными машинами — экстензометрами. Это приборы, которые создают очень высокую нагрузку и позволяют измерить насколько деформируется образец металла при проведении его испытаний на растяжение и сжатие.

Эти испытания металла могут проводиться как неразрушающими, так и разрушающими образец методами. Сами же экстензометры могут быть разных видов:

• пневматические экстензометры;
• видео экстензометры;
• лазерные экстензометры и др.

Все эти машины позволяют тщательно исследовать металл на прочность и определить его качественные характеристики.

Для проверки огнестойкости металла дополнительно эти машины могут быть оснащены температурной камерой с нагревом до 350 ⁰С или печью с нагревом изделий до 1200 ⁰С.

Все это позволяет определить прочность будущих металлоконструкций в строительстве, а также их потенциальную огнестойкость.

Как исследуют металл на прочность?

Как правило, тест металла на прочность заключается в постепенном растяжении образца экстензометром вплоть до его разрыва. Во время испытания регистрируется зависимость растягивающего усилия от приращения длины образца.

Помимо момента разрыва при помощи испытательной машины можно определить следующие свойства материала:

• Предел прочности при растяжении Rm — это максимальное напряжение, полученное при испытании. Его рассчитывают относительно начальной площади поперечного сечения образца в Н/мм2;
• Удлинение образца в процентах A% — это отношение изменения длины образца после проведенного испытания к его исходной длине;
• Предел текучести Rp — это значение напряжения, при котором начинают проявляться необратимые микроскопические деформации в атомной структуре металла. Если материал не имеет четкого предела текучести, условный предел текучести определяется, когда образец уже остаточно деформирован на 0,2%;
• Разрушающее напряжение Ru — так обозначают силу, при которой материал начинает разрушаться;
• Предел пропорциональности RH — это максимальное напряжение, при котором деформация изделия пропорциональна напряжению, которое ее вызывает;
• Предел упругости Rsp — это напряжение, после которого материал уже не возвращается к исходным размерам. За условный предел упругости Rsp принимается сила, при приложении которой, после разгрузки материала, деформация составляет 0,05% для испытаний на растяжение и 0,01% для испытаний на сжатие.

Разрешение на проведение таких испытаний металла выдается только аккредитованным организациям, имеющим обученный штат сотрудников и специальные лаборатории для тестов. Если вас интересует насколько прочный металл вам предлагают для строительства вашего дома рекомендуем обратиться в Центр Строительного Контроля.

В чем отличие разрушающих и неразрушающих методов?

В первом случае образец испытывают вплоть до его разрушения и непригодности к дальнейшим тестам. Неразрушающие методы исследований металла позволяют полностью использовать исходный образец, при этом не повредить его состав.

В большинстве случаев при работе с металлическими сплавами используют оба метода — просто разделяют исходный образец на составляющие, а затем проводят его испытания и анализы, а также выполняют некоторые измерения и вычисления для полного определения состава.

Основными методами неразрушающего исследования прочности металла являются:

1. визуальный осмотр;
2. контроль проникновения краски;
3. тест магнитных частиц;
4. радиографический контроль;
5. ультразвуковой контроль;
6. испытание на герметичность;
7. испытание на вихревые токи;
8. испытание на электромагнитное поле в дальней зоне;
9. и ультразвуковое испытание на большом расстоянии.

Основными разрушающими методами испытания металлов являются:

1. испытание на изгиб;
2. испытание на удар (тест Шарпи и испытание изодом);
3. испытание на твердость;
4. испытание на растяжение;
5. испытание на усталость;
6. испытание на коррозионную стойкость;
7. и испытание на износ.

После идентификации компоненты можно протестировать и сопоставить с известными сплавами. В этом случае исходный образец при проведении испытаний уничтожается.

Была ли эта статья для вас полезной? Пожалуйста, поделитесь ею в соцсетях:

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Твердость и износостойкость металлизированных покрытий — NovaInfo 82

1. Полетаев В.А.

   Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

2. Киселев В.В.

   Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России

NovaInfo 82, с.20-23, скачать PDFОпубликовано 9 апреля 2018Раздел: Технические наукиПросмотров за месяц: 6CC BY-NC

Значительная часть наиболее ответственных деталей машин и механизмов проходит металлизацию, за счет чего повышаются их эксплуатационные свойства. Одними из основных критериев качества наносимых покрытий являются показатели твердости и износостойкости. В данной работе идет речь об этих показателях.

НАДЕЖНОСТЬ, ДЕТАЛЬ, НАСОС

По данным А. Ф. Троицкого покрытия, полученные методом распыления, всегда находятся в напряженном состоянии. Анализ факторов, участвующих в возникновении напряженного состояния покрытий, позволил объяснить возникновение повышенной твердости, износостойкости и низкой ударной вязкости.

Твердость и хрупкость напыленного металла довольно резко отличаются от свойств исходного металла, что объясняется разными причинами.

Существенные изменения, которые происходят в металле во время его распыления и которые заключаются в изменении его состава и строения, резко сказываются на физических, механических и химических свойствах покрытия и создают большие различия между исходным материалом и полученным из него покрытием.

Безусловное влияние оказывает закалка частиц, происходящая в результате быстрого охлаждения их воздушной струей. Кроме того, имеет место явление наклепа поверхности покрытия вследствие ударов быстролетящих частиц металла. По данным ряда исследований твердость металлизированных покрытий повышается за счет включения окислов металлов.

Прирост твердости при распылении малоуглеродистой стали значительно выше, чем высокоуглеродистой (примерно в 3 раза). Поэтому твердость слоя из малоуглеродистой стали мало отличается от твердости покрытия из высокоуглеродистой стали. Главной причиной повышения твердости, по-видимому, является окисление распыливаемого металла, так как окислы оказались более твердыми, чем остальные структурные составляющие покрытия.

При электрометаллизации с увеличением производительности и мощности тока, питающего дугу аппарата, происходит снижение твердости вследствие того, что частицы, находясь в момент удара при очень высокой температуре, значительно превосходящей критическую точку Ас, охлаждаются в течение большего периода времени и поэтому закаливаются менее интенсивно.

Вследствие более высокой температуры частицы успевают сильнее окислиться, и при известных условиях твердость покрытия, полученного путем электрометаллизации, будет зависеть от производительности аппарата не в такой большой степени, как при газовой металлизации.

Твердость зависит также от расстояния между соплом аппарата и поверхностью детали, напряжения на электродах дуги, давления сжатого воздуха и его количества. Обнаруживается также зависимость твердости от толщины слоя. Наиболее низкую твердость имеет напыленный металл, полученный при электродуговой металлизации.

Это объясняется более высокой степенью выгорания углерода в электрометаллизационных покрытиях, чем в покрытиях, полученных другими методами.

Исследованиями установлено также, что:

1. твердость покрытия зависит от режима распыления;
2. при газовой металлизации с увеличением скорости подачи распыляемой проволоки и при прочих равных условиях твердость покрытия увеличивается. Это можно объяснить тем, что с увеличением количества распыляемой проволоки температура частиц несколько понижается, вследствие чего уменьшается время их охлаждения после закрепления на поверхности детали. При уменьшении производительности, наоборот, происходит возрастание температуры частиц.

Износостойкость покрытий из напыленного металла, как показывают данные многих экспериментаторов и опыт практической эксплуатации металлизированных деталей, достаточно высока, однако при сухом трении напыленные металлы сильно разрушаются. Так, покрытия из стали 45 изнашиваются при сухом трении примерно в 2,5 раза больше, чем обычная сталь той же марки. Разрушение поверхности металлизированной детали происходит преимущественно по границам частиц, окаймленных окислами.

Большой опыт эксплуатации изношенных деталей машин, восстановленных методом металлизации, показывает, что при наличии смазки поведение покрытий совершенно другое, чем при сухом трении.

Это объясняется высокой смачиваемостью покрытий и способностью их удерживать смазку благодаря мельчайшим порам и раковинам. При обычных условиях покрытие может впитывать до 10 % масла (по объему покрытия).

Создавая специальные режимы напыления, можно вводить в поры покрытия до 25 % масла.

Способность распыленных металлов впитывать масло, не свойственная обычным металлам, зависит от режима распыления, толщины слоя и последующей обработки. Метод обработки может весьма сильно изменить пористость покрытия, а следовательно, и способность впитывать смазку.

По данным ряда исследований непроницаемость напыленных слоев при шлифовании покрытий из мягких металлов может изменяться в сотни раз, а из твердых металлов — до 50 раз. Весьма сильное влияние на проницаемость и масловпитываемость покрытий оказывает полирование. Как правило, полированные покрытия имеют значительно меньшую проницаемость, чем обработанные другими способами.

Понижения проницаемости можно достигнуть также путем последующей пропитки покрытия различными смолами и лаками.

Известно, что значительный износ трущихся сопряжений происходит в первые моменты работы машины после пуска, когда нормальный режим смазки еще не установился.

В этом отношении металлизированные покрытия имеют большое преимущество перед обычными металлами, так как их трущиеся поверхности с самого начала работают по слою смазки. Это достигается благодаря большой пористости покрытия.

Смазочное масло впитывается в капилляры и поры, что способствует постоянному поддержанию целости масляной пленки.

Износостойкость напыленных покрытий из стали в большой степени зависит от содержания углерода в исходном материале.

Покрытия из стали У10 (ГОСТ 1435) в 1,9 раза более износостойки, чем из стали 45 (ГОСТ 1050); сталь У10 более целесообразна как материал для восстановления изношенных деталей, также и потому, что ее применение почти полностью исключает образование трещин в покрытии. Установлена также зависимость износостойкости от метода нанесения покрытий.

Рядом исследований доказано, что высокочастотная металлизация при прочих равных условиях дает износостойкость, которая выше, чем при электродуговой металлизации.

Это можно объяснить более упорядоченным движением частиц в факеле, образованном при распылении.

Лучшие аэродинамические условия процесса распыления способствуют приданию частицам больших скоростей, а это сказывается на повышении износостойкости вследствие лучшей утрамбовки частиц.

В качестве наплавочного материала при нанесении металлизированного покрытия можно использовать порошковую проволоку различных марок сталей.

Так как в качестве примера для исследований на износ взяты поверхности трения узлов электронасосных агрегатов, в которых, в основном, используются хромистые коррозионностойкие стали 40Х13 и 12Х18Н10Т, то и в данной работе целесообразно в качестве наплавочного материала использовать порошковую проволоку марки 40Х13.

Металлизированные покрытия нашли широкое применение в машиностроении, но и они не лишены недостатков. Исследованиями установлено, что в металлизированном покрытии имеется большое количество пор.

Поры хорошо удерживают масло при работе деталей в узлах трения с применением смазки. Однако, при работе поверхностей трения в условиях контакта с жидкой средой такие покрытия разрушаются из-за расклинивающего эффекта жидкости в порах.

Поры необходимо закрыть, и это возможно только при помощи дополнительной обработки методом пластического деформирования.

• NovaInfo 107, с.9-10, 13 сентября 2019, Технические науки, CC BY-NC
• 1. Полетаев В.А.
  2. Киселев В.В.

  NovaInfo 85, с.29-32, 29 мая 2018, Технические науки, CC BY-NC

• 1. Полетаев В.А.
  2. Киселев В.В.

  NovaInfo 85, с.22-26, 29 мая 2018, Технические науки, CC BY-NC

• 1. Полетаев В.А.
  2. Пучков П.В.
  3. Киселев В.В.

  NovaInfo 84, с.30-33, 10 мая 2018, Технические науки, CC BY-NC

• 1. Полетаев В.А.
  2. Киселев В.В.

  NovaInfo 84, с.19-22, 5 мая 2018, Технические науки, CC BY-NC

1. Сонин, В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении / В.И. Сонин. – М.: Машиностроение, 1978. – 152 с.
2. Полетаев В.А., Басыров И.З., Самок Г.С. Влияние импульсной магнитной обработки на физико-механические свойства углеродистой стали. /В.А. Полетаев, И.З. Басыров, Г.С. Самок // Действие электромагнитных полей на пластичность и прочность материалов: материалы межд. конф. – Воронеж: ВГТУ, 2003. – с.134–136.
3. Самок, Г.С., Полетаев В.А. Упрочнение поверхностей деталей электронасосов комбинированным способом /Г.С. Самок, В.А. Полетаев // Прогрессивные технологии в Машино– и приборостроении: сб. статей. – Нижний Новгород – Арзамас: НГТУ – АФНГТУ. – С.121–124.
4. Насосы: Каталог–справочник 3–е изд. испр / Д.Н. Азарх, Н.В. Попова, Л.П. Монахова. – ВНИИгидромашиностроение. – Л..: – Машгиз (Ленингр. отд–ние), 1960. – 552 с.

Полетаев, В.А. Твердость и износостойкость металлизированных покрытий / В.А. Полетаев, В.В. Киселев. — Текст : электронный // NovaInfo, 2018. — № 82. — С. 20-23. — URL: https://novainfo.ru/article/14869 (дата обращения: 07.07.2022).

© 2022 NovaInfo («НоваИнфо») ISSN 2308-3689

11. Износостойкость сталей

Стали
в зависимости от структуры можно
расположить по возрастающей износостойкости
в следующем порядке:
Перлит + Феррит; Перлит; Перлит + Цементит;
Мартенсит; Мартенсит + Цементит.

В
условиях ударно-абразивного усталостного
износа мартенситная структура стали
оказывается
наиболее износостойкой; однако стали
с высокой твердостью и низким уровнем
пластичности
в
условиях изнашивания склонны к
хрупкому
выкрашиванию. В этом случае проявляется
краевой эффект
—
выкрашивание периферийных участков
образца.

В
процессе износа структура металла
активного слоя и
его
свойства изменяются. Может осуществляться
мгновенный местный нагрев металла
поверхности трения, а при выходе из
контакта –
охлаждение.

В зависимости от сочетания процессов
механического и термического воздействия
и
степени
их интенсивности в структуре
может
иметь место целая гамма переходов 
и,
в
частности,
выпадение
или растворение избыточной фазы, быстро
протекающие диффузионные процессы,
способствующие местному изменению
химического состава, и в результате
этого вторичная закалка или отпуск; процессы рекристаллизации, коагуляции
и коалесценции
карбидов и
др. Часть
этих процессов как рекристаллизация и
коагуляция, приводит к снижению
износостойкости металлов. Из-за очень
малого времени, в течение которого
происходит нагрев
и
охлаждение могут образовываться
промежуточные неравновесные структуры.

Основные
вторичные структуры,
образующиеся
при трении: вторичный аустенит
образуется
на
базе
исходной мартенситной структуры и
часто
при наличии остаточного аустенита,
обладает более высокой микротвердостью,
чем исходный; вторичный мартенсит —
продукт распада вторичного аустенита,
микротвердость 
850-925 кгс/мм2
и выше, обладает более высокой травимостью;
«белая зона» — структура, образующаяся
при локальном импульсном силовом и
тепловом
воздействии, обладает высокой
микротвердостью 900-1300 кгс/мм2,
не травится в обычном реактиве.

Степень
упрочнения слоев зависит от структуры
стали. К примеру: упрочнение поверхностных
слоев ст.45 с мартенситной структурой
составляет 25%,
а
со
структурой феррит + перлит 10%.
Следовательно,
наибольшее упрочнение
для
ст.45 наблюдается при мартенситной
структуре.

Высокоуглеродистые стали с
мартенситной структурой наклёпываются
сильнее. Это по-видимому
можно
объяснить
тем,
что
кроме
упрочнения
от
пластической
деформации
происходит
упрочнение
от
превращения
остаточного
аустенита
в
мартенсит
и
дисперсионного
твердения
мартенсита.

Таким
образом,
износостойкость
металла
определяется
не
только
структурой
металла
в
исходном
состоянии
(до
трения),
но
и
структурой,
формирующейся
в
результате
совокупности
единичных
процессов,
происходящих
при
трении.

По
сравнению
с
мартенситом
аустенит
является
менее
износостойкой
структурой.
Однако,
являясь
значительно
более
вязким,
аустенит
способствует
хорошему
удержанию
карбидов.

При
этом
более
износостойкими
являются
сплавы
с
нестабильной
аустенитной
матрицей,
поскольку
в
поверхностных
слоях
в
процессе
износа
происходит
превращение
аустенита
в
мартенсит,
создание
внутренних
сжимающих
напряжений,
выделение
мелкодисперсных
карбидов
по
плоскостям
скольжения
и
т.д.

• Изучение
  влияния
  широкого
  диапазона
  микроструктур
  сталей
  45,У8,У12,20Х,
  18ХГТ,
  12ХНЗМА,
  полученных
  при
  различных
  режимах
  термической
  обработки
  на
  износостойкость,
  показало
  следующее:
• —
  износостойкость
  перлита,
  сорбита
  и
  троостита
  определяется
  степенью
  дисперсности
  цементитных
  частиц;
  чем
  тоньше
  структура
  при
  заданном
  химсоставе,
  тем
  выше
  износостойкость
  стали;
• —
  износостойкость
  мартенситной
  составляющей
  определяется
  содержанием
  в
  ней
  углерода:
  чем
  больше
  углерода,
  тем
  выше
  износостойкость
  стали.
  Заэвтектоидная
  сталь
  со
  структурой
  мартенсит
  + избыточные
  карбиды
  обладает
  меньшей
  износостойкостью,
  чем
  та
  же
  сталь
  с
  чисто
  мартенситной
  структурой;
• —
  наличие
  в
  структуре
  стали
  остаточного
  аустенита
  не
  снижает
  ее
  сопротивление
  абразивному
  изнашиванию,
  что
  объясняется
  превращением
  аустенита
  в
  высоколегированный
  мартенсит
  в
  объемах,
  подвергающихся
  абразивному
  изнашиванию;
• — при
  отсутствии
  в
  структуре
  стали
  остаточного
  аустенита
  износостойкость
  ее
  определяется
  износостойкостью
  структурных
  составляющих,
  с
  учетом
  их
  количественного
  соотношения;
• — если
  в
  процессе
  изнашивания
  в
  материале
  поверхностного
  слоя
  протекают
  структурные
  изменения
  или
  фазовые
  превращения,
  то
  износостойкость
  будет
  определяться
  свойствами
  конечных
  продуктов
  превращения.

Сопротивляемость
отдельных
структурных
составляющих
пластической
деформации
и
разрушению
при
микроударном
воздействии
отражают
данные,
приведенные
в
табл.
11.1.

1. Таблица
   11.1
2. Сопротивляемость
   структурных
   составляющих
   железоуглеродистых
3. сплавов
   микроударному
   разрушению

Каждый
тип
матрицы
и
упрочняющей
фазы
характеризуется
предельной
величиной
энергии,
в
момент
поглощения
которой
происходит
образование
трещины,
или
отрыв
микрообъема
металла
от
монолита.

Исследования
энергоемкости
и
износостойкости
различных
сплавов
показало,
что
сплавы
со
стабильной
матрицей
— ферритной,
аустенитной
— могут
поглотить,
не
разрушаясь,
малое
количество
энергии.

Они
обладают
малой
износостойкостью
даже
при
большой
степени
легированности
и
значительном
содержании
карбидов.

Сплавы
с
нестабильной
аустенитной
основой,
способные
к
структурным
и
фазовым
превращениям,
при
деформации
поверхности
абразивами
в
процессе
изнашивания
оказываются
более
износостойкими,
т.к.
на
превращения,
вызванные
воздействием,
абразивов,
уходит
значительное
количество
энергии.

Среди
трех
групп
твердых
соединений
(карбиды,
бор
иды,
нитриды)
наиболее
энергоемкой
является
карбидная
группа.

Способность
поглощать
энергию
при
механическом
нагружении
сильно
развита
у
карбидов
и
боридов
с
ГЦК
и
ГП
— решеткой
типа
ТаС,
ТiС,
WC,
NdB2 и
iТВ2.
Им
уступают
карбиды
кремния,
бора
и
все
нитриды.

Еще
меньшей
энергоемкостью,
а
следовательно,
и
меньшей
способностью
сопротивляться
разрушению
обладают
карбиды
цементитного
типа,
наименее
энергоемкими
являются
карбиды
хрома.

Представляет
интерес
исследование
изменения
износостойкости
сталей
и
сплавов
при
введении
в
них
диборидов
титана,
циркония,
гафния,
обладающих
повышенной
энергией,
разрушения
и
свободной
энергией
образования
по
сравнению
с
другими
боридами,
нитридами.

Бориды
металлов
IV-VI
А
групп
периодической
системы
элементов
обладают
высокими
значениями
температуры
плавления,
твердости,
модуля
упругости.

Известно,
что
при
наличии
на
бинарных
диаграммах
особых
точек,
например
максимумов,
в
расплавах
обнаруживаются
группировки,
по
составу
сходные
с
конгруэнтно
плавящимися
соединениями.

Чем
выше
температура
плавления
таких
соединении,
чем
острее
максимумы,
тем
прочнее
связи
между
атомами
элементов,
составляющими
эти
группировки.

Имеются
данные
о
том,
что
если
два
элемента
образуют
прочные
соединения
между
собой,
то
и
находясь
в
растворенном
состоянии
в
жидком
железе,
они
могут
объединиться
в
группировки,
подобные
молекулам
такого
соединения.

Так
например,
на диаграмме состояния Мn-Р
четко выражен максимум при составе,
отвечающем соединению Мn3-Р2.
Присутствие марганца в сплавах Fe-H,
Fe-C-P
и Fe-C-P-O
столь существенно изменяет природу
раствора, что фосфор перестает быть
поверхностно-активным элементом. Он
настолько прочно связывается с марганцем
в группировки, вероятно, подобные
молекулам Мn5Р2,
что это даже сказывается на способности
его к окислению.

Бор
известен как элемент,
образующий с рядом
металлом многочисленные соединения.
Высокая температура плавления и форма
максимумов боридов Ti,
Zr,
Hf
и, особенно типа МnВ2 свидетельствует
о их высокой прочности.

Для того, чтобы
дать представление о прочности боридов
переходных металлов IV
и V
периодов в табл.11.2 приведены данные о
величине изменения изобарно-изотермического
потенциала образования их из компонентов,
которые имеются в технической литературе.

Для
сравнения в таблице приведены данные
по боридам, оксидам и нитридам.

1. Таблица
   11. 2
2. Изменение
   изобарно-изотермического
   потенциала образования
3. при
   1900 К, температуры плавления боридов,
   оксидов и нитридов

Из
данных табл.11.2 следует, что при температуре
1900 К изменения изобарно-изотермического
потенциала реакции образования боридов
Ті
и больше по отрицательной величине, чем у реакций образования нитридов и
приближаются к величине 1900 реакции
образования ТіО2.

Учитывая, что имеются надежные данные
о выделении нитрида и окисла титана
непосредственно в жидкой стали, можно
предполагать возможность образования
в жидком металле боридов Тi
и Zr
при совместном присутствии их в
расплавленном металле в соотношениях
концентраций, соответствующих наиболее
устойчивым боридам ТiВ2
и ZrВ2.

Из
диаграмм состояния бора с железом и
легирующими элементами следует, что
бор обладает очень низкой растворимостью
в этих металлах и образует на участках
диаграммы состояния металл низкий по
бору борид – эвтектику с достаточно
высокой температурой плавления.

Эта
эвтектика, не подверженная структурным
превращениям, которые вызывают
охрупчивание стали: при повышенных
температурах, повышающая жаропрочность
аустенитных сталей и снижающая ее
склонность к коррозионному растрескиванию,
является упрочняющей фазой в аустенитных
сталях, и сплавах с повышенной концентрацией
бора.

Сопоставление свойств боридов со
свойствами карбидов и нитридов показывает,
что бориды обладают более высокими
показателями твердости, стойкости
против окисления при высоких температурах,
а также износостойкости.

Такое сочетание
свойств обусловлено особенностями
кристаллической структуры и прочностью
межатомных связей; в отличие от карбидов
и нитридов, для которых характерны связи
металлического или полного типа, атомы
бора образуют сплошные решетки
преимущественно с ковалентной связью.

Структура и свойства, сплавов переходных
металлов с боридами изучены чрезвычайно
мало. Исследованиями Тихонович установлено
существование зависимости антифрикционных
свойств от физико-механических свойств
сплавов. Следовательно, должна существовать
корреляция между антифрикционными
свойствами сплавов и их диаграммой
состояния.

Железо
с диборидом титана образует диаграмму
состояния эвтектического типа. Эвтектика
плавится при 1250°С и содержит 1,5-2 мол %
ТiВ2.

Рядом
авторов изучался вопрос износостойкости
сплавов на основе железа с диборидами
титана, и циркония. Изучаемые сплавы
имели доэвтектический, эвтектический
или заэвтектический состав.

Износостойкость
определялась на сплавах в литом и
отожженном состояниях. Причем, термическая
обработка не повлияла на износостойкость,
что, вероятно, объясняется малой
растворимостью диборидов в железе и их
повышенной термостойкостью.

Во
всех исследованных системах (Fе-Тi(Zr)-В)
наблюдалась одинаковая закономерность
изменения значения коэффициента трения.
Минимальное значение коэффициента
трения приобретает система в случае
сплавов эвтектического состава.
Отклонение состава сплава в доэвтектическую
или заэвтектическую области приводит
к увеличению значения коэффициента
трения.

При
этом, появление в структуре фаз внедрения,
входящих в состав эвтектики, приводит
к уменьшению изнашивания, а при достижении
определенной доли твердой фазы в
структуре сплава (эффектная объемная
доля) интенсивность изнашивания
устанавливается на одном уровне и
практически не меняется при дальнейшем
увеличении, количества твердой фазы.

Подобное
изменение интенсивности изнашивания
можно объяснить тем, что по мере увеличения
объемной доли твердой фазы в структуре
сплава происходит перераспределение
площади реального контактирования
между матрицей, и упрочняющей фазой.

При определенном содержании объемной
доли твердой фазы, зависящей от удельной
энергии разрушения, практически весь
контакт с контртелом осуществляется
через твердую фазу, поэтому дальнейшее
увеличение количества твердой фазы не
приводит к существенному изменению
интенсивности изнашивания.

В исследованных
сплавах объемная доля боридной фазы не
превышала 25%.

В
доэвтектических сплавах первичные
кристаллы железа, образуют нефасетованные
дендриты. Боридная фаза в этих сплавах
присутствует как составляющая эвтектики.

В
эвтектическом сплаве Fе-ТiВ2
боридная фаза в каждой эвтектической
колонии представляет собой единое
образование; в сечении — шестигранной
формы.

В
заэвтектических сплавах бориды образуют
избыточные первичные кристаллы.

Первичные
боридные фазы во всех сплавах окружены
эвтектикой. Во всех исследованных
сплавах эвтектика имеет колониальное
строение. Зарождающейся и, по-видимому,
ведущей эвтектическую кристаллизацию
фазой является боридная фаза.

Суммарный
износ образца и контртела при эвтектическом
составе имеет минимальные значения,
соизмеримые с данными для применяющихся
в промышленности сталей, работающих в
условиях сухого трения скольжения.

Рис. 11.3. Закономерность
изменения коэффициента трения и
интенсивности изнашивания при трении
скольжения в системах Fe-TiB2;
Fe-ZrB2;
Fe-HfB2

• а– схема политермических сечений;
• б –
  изменение интенсивности изнашивания;
• в
  – изменение коэффициента трения.

Рекомендуется
применение данных сплавов для изготовления
деталей, работающих в условиях трения
скольжения и коррозии, методом литья
без дополнительной термообработки или
какой-либо иной обработки образцов.
Обязательным условием для обеспечения
высокой износостойкости является
получение в процессе кристаллизации
регулярном дисперсной структуры
эвтектического типа.