Строительные машины и оборудование, справочник



Категория:
   Долговечность горных машин

Публикация:
   Износостойкость конструкционных сталей при абразивном изнашивании в зависимости от их состава и структурного состояния

Читать далее:




Износостойкость конструкционных сталей при абразивном изнашивании в зависимости от их состава и структурного состояния

При заданном химическом составе стали ее износостойкость в принятых условиях испытания, т. е. при трении качения с проскальзыванием, определяется структурным состоянием, в связи с чем твердость может однозначно и довольно точно характеризовать поведение материала при изнашивании С увеличением дисперсности структуры и содержания карбидов сопротивление материалов абразивному воздействию увеличивается (если по условиям изнашивания возможно хрупкое разрушение материала, то должны быть определенные ограничения в количестве карбидов и легировании мартенсита).

С этих позиций ясно, что износостойкость сталей должна повышаться с увеличением содержания углерода и карбидообразу-ющих элементов (Сг, W, V, Ti и др.). Опыты, проведенные в описанных выше условиях на машине Амслера, показали, что изменение содержания хрома, марганца и никеля в пределах, характерных. для конструкционных среднелегированных сталей, не оказывает существенного влияния на износостойкость материалов. Наиболее сильно влияет на сопротивление абразивному воздействию содержание в стали углерода.

Влияние количества углерода в стали на ее износостойкость исследовалось на цементированных образцах из стали 18ХГТ (С-0,2%; Мп —0,94%; Сг—1,17%; Si —0,28%; Ti —0,13%).

Цементации подвергали образцы с различными диаметрами (от 40,2 до 44,6 мм), с изменением через каждые 0,2 мм. После цементации и охлаждения вместе с печью все образцы обтачивались до диаметра 40 мм. В результате этого на поверхность образцов были выведены различные зоны цементированного слоя (через каждые 0,2 мм) с соответственно различающейся концентрацией углерода, которая определялась послойным химическим анализом.

Микроструктура исходного цементированного слоя во всех образцах представляла собой мелкоигольчатый мартенсит с мелкими избыточными карбидами, количество которых уменьшалось по мере изменения глубины слоя.

После получения заданного размера образцов производили закалку их с 820° в масле и отпуск при 180°.

Цементированные образцы испытывались в паре с верхними образцами из стали У12, закаленными до твердости 370 и 750 кГ/мм2. Сталь У12 была выбрана как наиболее близкая по составу к цементированному слою, но без специфичного для него непостоянства состава по глубине.

Условия испытаний и их методика были такими же, как и в ранее описанных опытах. Степень проскальзывания была постоянной и равной 10%.

Результирующие кривые изменения износостойкости образцов по мере снятия цементированного слоя даны на рис. 1. Кривая для сопряжения с роликами из стали У12 с твердостью 750 кГ1мм2\ кривая для сопряжения с роликами твердостью 370 кГ/мм2. Линии дают соответствующие изменения твердости и концентрации углерода. Как видно, по мере снятия слоя износостойкость цементированных образцов снижается не пропорционально изменению твердости, как это наблюдается на образцах с постоянным химическим составом.

Рис. 1. Изменения содержания углерода, твердости и износостойкости для цементированных образцов (абразивный процесс изнашивания при трении качения):
1 — твердость; 2 — содержание углерода; 3 и 4 — износостойкость

Испытания показали, что при практически равной твердости материала до слоя глубиной порядка 0,75 мм износ увеличивается примерно на 30%. Приведенные данные о влиянии химического состава на износостойкость сталей справедливы только для условий трения, при которых тепловой эффект незначителен и коррозионное действие среды исключено.

В более тяжелых условиях изнашивания легирующие элементы (Cr, Mn, W, V и др.) могут иметь решающее влияние на теплостойкость и коррозионную стойкость поверхностного слоя, а следовательно, и на сопротивление материала изнашиванию. Так, например, даже не в очень сложных условиях испытаний при трении образцов об абразивный круг Е. Книлп обнаружил, что большое влияние на износ стали оказывает не только содержание углерода, но и марганца. Действие марганца проявляется только в определенных, довольно тяжелых условиях трения не таких простых, как при испытании на шкурке или на тихоходной машине Амслера.

  • * *

Приведенные выше данные позволяют определить границы работоспособности цементированного слоя (для деталей, выходящих из строя в результате износа до предельных размеров). Наиболее износостойкая часть цементированного слоя ограничивается зоной эвтектоидного содержания углерода. В переходной зоне скорость изнашивания значительно выше, чем в зоне за-эвтектоидного содержания углерода. В связи с этим контроль глубины цементации целесообразно осуществлять; руководствуясь границей зоны эвтектоидной концентрации углерода.

При оценке работоспособности цементированных деталей на некоторых ремонтных предприятиях берут за основу предельную величину линейного износа, не сообразуясь с глубиной цементированного слоя. В результате этого при вторичном использовании таких деталей не обеспечивается достаточный запас на износ.

Как известно, остаточный аустенит в цементированных сталях приводит к значительному снижению твердости деталей. Означает ли это, что износостойкость деталей также будет пониженной? Применительно к некоторым условиям абразивного изнашивания снижение твердости из-за наличия остаточного аустенита не влечет за собой падения износостойкости.

Для испытаний на машине Амслера были изготовлены образцы из стали 12Х2Н4А с различной термической обработкой после цементации. Результаты испытаний по описанной выше методике показали, что снижение твердости с 710 до 478— 502 кГ/мм2 в том случае, если оно обусловлено наличием в структуре аустенита, не только не вызвало увеличения износа, но даже несколько снизило его величину. Между тем образцы со структурой троосто-сорбита с твердостью, близкой к твердости образцов с аустенитом, имели износ в 1,5 раза больший, чем износ образцов с тонкой мартенситной структурой и твердостью 710 кГ/мм2.

Данные описанных лабораторных испытаний были подтверждены стендовыми испытаниями шестерен, выполненными на Лаптевском заводе Испытания проводились на шестернях редуктора электровоза АК-2м, изготовленных из стали 12ХНЗА с цементацией и термической обработкой по режимам, обеспечивающим в одной партии шестерен получение поверхностных слоев с остаточным аустенитом, снижающим твердость до 478— 502 кГ/мм2. Во второй партии материал шестерен имел твердость 710 кГ/мм2.

В картер редуктора заливали масло, в каждом литре которого содержалось 25 г песка и угольной пыли. Редуктор с испытуемыми шестернями работал 150 час под полной рабочей нагрузкой. После этого был определен износ шестерен взвешиванием с точностью ± 0,01 г. В этих условиях последовательно испытывали шестерни, термически обработанные по двум вариантам.

Несмотря на значительное различие в твердости, величина износа сопоставляемых шестерен была одного порядка, причем она не выходила за пределы возможной ошибки опыта.

Высокая износостойкость цементированных сталей, а также чугунов с большим количеством остаточного аустенита отмечалась в работах В. И. Прядилова, И. Н. Богачева, И. Е. Конто-ровича, Т. Г. Демидовой и М. Н. Кунявского, А. Н. Чухлеба, а также в исследованиях зарубежных авторов. Остались еще не выясненными условия трения, в которых остаточный аустенит в сталях или чугунах не приводит к снижению износостойкости, что мешает использовать материалы с такой структурой. Между тем во многих случаях без какого-либо ущерба для качества деталей можно было бы допустить некоторое количество остаточного аустенита, что позволило бы значительно упростить технологию термической обработки.

Остаточный аустенит отрицательно сказывается на ряде механических характеристик сталей и чугунов, а также на износостойкости материалов при напряженном тепловом режиме трения (например, на металлорежущем инструменте), в связи с чем технические условия на структуру поверхностного слоя с остаточным аустенитом требуют строгого обоснования в каждом отдельном случае (до накопления опыта в этом вопросе силу прямого доказательства имеют только результаты правильно проведенных натурных испытаний деталей).

Анализ причин высокой износостойкости сталей с остаточным аустенитом позволяет предположить, что процесс абразивного изнашивания сопровождается при определенных условиях превращением аустенита в термодинамически более устойчивый мартенсит. Это превращение происходит в микрообъемах материала, подвергающихся непосредственному воздействию абразивных частиц, в результате чего конечному акту процесса изнашивания— разрушению — сопротивляется не мягкий и не прочный аустенит, а весьма твердый, относительно высоколегированный мартенсит. Вопрос о природе превращения является весьма сложным и еще не полностью изученным. Спорность механизма превращения и конечных его продуктов не исключает возможность практического использования эффекта упрочнения при трении поверхностного слоя с остаточным аустенитом. Этот эффект был установлен не только при испытании на машине Амслера, но и при изнашивании образцов на шкурке, при царапании алмазным острием, а также и в других случаях внешнего воздействия на поверхностный слой, описанных разными авторами.

Испытания образцов с разным содержанием углерода в мартенсите (за счет изменения количества избыточных карбидов) показали, что при одинаковом общем содержании углерода износостойкость стали при абразивном изнашивании (без одновременного теплового воздействия) будет существенно выше в том случае, когда весь углерод находится в твердом растворе. Влияние легированности мартенсита на износостойкость стали графически выражается следующим образом: в случае мартенситно-карбидной структуры заэвтектоидных сталей износостойкость изменяется по линии 6—4; при мартенситной структуре — по расположенной выше линии 6—5.

В применении к цементируемым деталям, работающим в условиях абразивного изнашивания, повышение износостойкости может быть достигнуто путем увеличения концентрации углерода в слое и проведения закалки при максимальных температурах, допустимых с точки зрения получаемых прочностных характеристик материала. Этот вывод так же, как и многие другие рекомендации по повышению износостойкости материалов, не имеет силы обязательного закона и должен перепроверяться применительно к частным условиям работы конкретных деталей. В частности, желательно опробование режимов закалки без получения избыточных карбидов для цементируемых цилиндров перфораторов, осей сателлитов комбайнов «Донбасс», цементируемых деталей баров врубовых машин и пр.

Рекламные предложения:



Читать далее:

Категория: - Долговечность горных машин

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины

 



Остались вопросы по теме:
"Износостойкость конструкционных сталей при абразивном изнашивании в зависимости от их состава и структурного состояния"
— воспользуйтесь поиском.

Машины городского хозяйства
Естественная история машин
Транспортная психология
Пожарные автомобили
Автомобили-рефрижераторы
Монтаж и эксплуатация лифтов
Тракторы

Небольшой рекламный блок


Администрация: Бердин Александр -
© 2007-2019 Строй-Техника.Ру - информационная система по строительной технике.

  © Все права защищены.
Копирование материалов не допускается.


RSS
Морская техника - Зарядные устройства