По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 669.15.26:621.785.616

Абразивная износостойкость закаленных высокохромистых сталей с повышенным содержанием азота или углерода

Горкунов Э.С. д-р техн. наук, профессор, заместитель председателя по научно-организационной работе, чл.-корр. РАН, Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург
Макаров А.В. Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург
Осинцева А.Л. Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург
Митропольская С.Ю. Институт машиноведения УрО РАН, г. Екатеринбург
Ключевые слова: абразивная износостойкость, высокохромистая сталь, термообработка, обработка холодом

В настоящей работе проводится сравнительный анализ абразивной износостойкости высокохромистых сталей с одинаковым (около 1 мас. %) содержанием азота (сталь 05Х18А1,0) и углерода (сталь 95Х18). При испытании по 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 незначительно ниже, чем у закаленной стали 95Х18, и даже превышает износостойкость углеродсодержащей стали, дополнительно обработанной холодом.

Литература:

1. Гаврилюк В.Г. Физические основы азотистых сталей. Перспективные материалы, том II: Конструкционные материалы и методы управления их качеством. — ТГУ, МИСИС. 2007. — С. 3–74.

2. Макаров А.В., Коршунов Л.Г., Счастливцев В.М. и др. Структура, трибологические и механические свойства азотсодержащих высокохромистых сталей с мартенситной основой // ФММ. — 2003. — №96. — С. 101–112.

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.

Для Цитирования:
Горкунов Э.С., Макаров А.В., Осинцева А.Л., Митропольская С.Ю., Абразивная износостойкость закаленных высокохромистых сталей с повышенным содержанием азота или углерода. Главный механик. 2016;4.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: