Азот в качестве легирующего элемента используется при производстве аустенитных, мартенситных и дуплексных сталей во всех промышленно развитых странах. В высокохромистых сталях увеличение предела текучести с повышением содержания азота не сопровождается снижением ударной вязкости, что делает их чрезвычайно перспективными материалами для различных отраслей промышленности [1]. В зависимости от режима термообработки в азотистых высокохромистых сталях могут быть сформированы структуры различного типа: от мартенситной до полностью аустенитной при наличии различной доли избыточной нитридной фазы. В настоящей работе проводится сравнительный анализ абразивной износостойкости высокохромистых (18 мас.% Cr) сталей с приблизительно одинаковым (около 1 мас.%) содержанием азота (сталь 05Х18А1,0) и углерода (сталь 95Х18). Стали закаливали в масле от Тзак = 950–1200 °С (сталь 95Х18 также дополнительно охлаждали в жидком азоте). Образцы испытывали при скольжении по закрепленному абразиву (электрокорунду и карбиду кремния зернистостью ~160 мкм) по методике [2] при нагрузке 28,5 Н. Определяли твердость, содержание остаточного аустенита (магнитным и рентгеновским методами), относительную износостойкость, коэффициент трения, удельную работу изнашивания, микротвердость и шероховатость рабочей поверхности образцов до и после изнашивания.
После закалки от 950 °С стали имели мартенситную структуру (с наличием нерастворившихся нитридных или карбидных частиц) и твердость 49 и 54 HRC соответственно для сталей 05Х18А1,0 и 95Х18. Повышение температуры закалки вызывает растворение нитридной (карбонитридной) фазы в стали 05Х18А1,0 и карбидной фазы в стали 95Х18, насыщение мартенсита азотом и углеродом, а также увеличение количества остаточного аустенита до 100 об.% при Тзак = 1125 °С (сталь 05Х18А1,0) и Тзак = 1150 °С (сталь 95Х18). Это приводит к немонотонному (с максимумом) изменению твердости сталей. Максимум твердости достигается у стали 05Х18А1,0 (56 HRC) при Тзак = 1075 °С, а у стали 95Х18 (61 HRC) — при Тзак = 1050 °С, когда в структуре наряду с высокоазотистым или высокоуглеродистым мартенситом присутствует 15–20 об.% остаточного аустенита. При полностью аустенитной металлической матрице (Тзак = 1180–1200 °С) твердость сталей снижается до 37–38 HRC. С повышением температуры закалки наблюдается рост абразивной износостойкости сталей и удельной работы изнашивания, а также снижение уровней коэффициента трения. Повышенная износостойкость остаточного аустенита обусловлена его интенсивным упрочнением и частичным превращением в мартенсит деформации при изнашивании, а также положительным влиянием аустенита на вязкость разрушения. При испытании по менее твердому абразиву — корунду (Н~20 ГПа) — азотистая сталь значительно уступает в износостойкости стали 95Х18 (как закаленной, так и обработанной холодом). При испытании по карбиду кремния (Н~30 ГПа) различие в износостойкости углеродсодержащей и азотистой сталей уменьшается с ростом температуры закалки: при Тзак = 1125–1150 °С износостойкость стали 05Х18А1,0 лишь незначительно ниже, чем у закаленной стали 95Х18, и даже превышает износостойкость углеродсодержащей стали, дополнительно обработанной холодом.