CC BY
24
ВЕСТНИК
ПРИАЗОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Вып.№9
2000 г.
УДК 669.15'74'292:620.178
Малинов Л.С.1, Малышева И.Е.
АБРАЗИВНАЯ И УДАРНО-АБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЦЕМЕНТИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ С ПОВЫШЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА ПОСЛЕ ТЕРМООБРАБОТКИ
Показано, что для повышения абразивной и ударно-абразивной износостойкости целесообразно цементировать не только малоуглеродистые стали, что хорошо известно, но также средне- и высокоуглеродистые стали. Наиболее высокий уровень износостойкости исследованных сталей достигается при получении в структуре наряду с высокоуглеродистым мартенситом и карбидами остаточного ау-стенита, количество и степень стабильности которого должны регулироваться температурой нагрева под закалку.
Обычно для повышения износостойкости цементации подвергают малоуглеродистые стали. В их поверхностном слое стремятся получить мартенситно-карбидную структуру, обеспечивающую наиболее высокую твердость [1, 2]. Однако известны работы [3-6], показывающие положительную роль в повышении износостойкости остаточного аустенита, получаемого в структуре поверхностного слоя после термообработки. Однако такие работы немногочисленны и посвящены малоуглеродистым сталям. Цементация средне- и высокоуглеродистых сталей в промышленности не применяется.
Данная работа посвящена изучению абразивной и ударно-абразивной износостойкости сталей с повышенным содержанием углерода после цементации, последующей закалки с различных темпфатур и низкого отпуска. Объектом исследования служили стали 40Х, 65Г и У8. Их цементировали при 930 °С 6 ч. Образцы закаливали от температур 850, 900 и 950 °С и отпускали при 180 °С. Фазовый состав определяли рентгеновским методом на установке УРС 50 ИМ в железном Ка-излучении. Проводились дюрометрические и рентгенографические исследования. Испытания на абразивную износостойкость осуществляли на установке типа Бринелля-Хауорта [7]. Абразивным материалом служил корунд, подаваемый на изнашиваемую поверхность образца резиновым валиком. Размер абразивных частиц составлял 0,3 мм. Для испытаний на ударно-абразивный износ применялась установка, в которой закрепленные на вращающемся диске образцы соударялись с чугунной дробью диаметром 0,8 мм. В качестве эталона выбрана отожженная сталь 45.
Металлографические исследования показали, что после закалки от 850 °С во всех исследованных сталях вблизи поверхности микроструктура поверхностного слоя представляет собой отпущенный дисперсный мартенсит, расположенные в нем карбиды и остаточный аустенит. Его тем больше, чем выше содержание углерода в стали. Оказывает влияние также легирование марганцем. Наибольшее количество остаточного аустенита наблюдается на расстоянии 0,07-ОД 2 мм. При дальнейшем удалении от поверхности его количество в структуре уменьшается, а затем исчезает. Структура становится мартенситной. По мере повышения температуры нагрева под закалку от 850 до 950 °С количество остаточного аустенита в поверхностном слое возрастает, а количество отпущенного мартенсита и карбидов уменьшается. Это приводит к снижению твердости (табл. ). При этом происходит увеличение размеров зерна и мартенситных кристаллов, как в цементированном слое, так и в сердцевине.
Абразивная износостойкость во всех исследованных сталях возрастает при повышении температуры нагрева под закалку от 850 до 900 °С и снижается при нагреве под закалку на 950 °С.
1111 ТУ, д-р техн. наук
2 ПГТУ, аспирантка
Таблица - Влияние температуры нагрева под закалку на твердость и количество остаточного аустенита в поверхностном слое предварительно цементированных исследованных сталей
Сталь 800 °С 900 °С 950 °С
HRC А оег; HR С А о/ л. ост, /о HRC А ост, %
40Х 57 17 56 22 52 _j 28
65Г 59 20 57 25 53 32
У8 61 22 58 24 56 30
40Х
□ 850t
У8
[3 950 "С
Указанная закономерность может быть объяснена тем, что после закалки от 900 °С обеспечивается в поверхностном слое наиболее благоприятная структура: углеродистый мартенсит, не растворившиеся карбиды и метасгабильный остаточный аустенит, способный интенсивно превращаться в мартенсит деформации при воздействии абразивных частиц. Об этом свидетельствуют данные рентгеновского анализа, согласно которым почти весь аустенит превращается в мартенсит. Закалка от 950 °С приводит к полному растворению карбидов, что увеличивает количество аустенита и повышает его стабильность по отношению к деформационному мартенситному превращению, что снижает сопротивление стали изнашиванию. В том же направлении влияет рост зерна и укрепление кристаллов мартенсита.
Сравнивая износостойкость исследованных сталей после закалки от различных температур, можно заключить, что, чем больше углерода в стали, тем выше ее абразивная износостойкость (рис. , а). При этом по сравнению с нецементиро-ванными сталями после одной и той же термообработки последняя возрастает в 1,4-1,5 раза.
Данные по ударно-абразивному изнашиванию исследованных сталей после цементации и закалки от температур 850, 900, 950 °С и низкого отпуска свидетельствуют о том, что повышение температуры нагрева под закалку увеличивает сопротивление разрушению. Наибольшая ударно-абразивная износостойкость наблюдается после закалки от 950 °С (рис. 1, б). При интенсивном динамическом воздействии необходимы повыщенное количество остаточного аустенита и его стабильность [8], что достигается, как уже отмечалось, после закалки от повышенных температур. Согласно рентгеновским данным в цементированной стали У8 после закалки от 850 °С и низкого отпуска ударно-абразивное воздействие приводит к полному распаду остаточного аустенита в поверхностном слое, после закалки от 900 °С его остается 5 %, а после закалки от 950 °С - 10 %.. В сталях 40Х, 65Г и У8 после цементации, закалки от 950 °С и низкого отпуска ударно-абразивная износостойкость возрастает, соответственно, в 2,6; 2,5; 3,3 раза по сравнению с не цементируемым состоянием.
65Г а 900 t
а)
40Х
□ 850ГС
65 Г 1900 t
б)
У8
0950 t
Рис. - Влияние температуры нагрева под закалку на абразивную (а) и ударно-абразивную (б) износостойкость исследованных сталей
Выводы
Г. Для повышения абразивной и ударно-абразцрной износостойкости средне- и высокоуглеро-дисгых сталей целесообразно применять цемрнтацию с последующей термообработкой. 2. Наиболее высокая абразивная и ударно-абразивная износостойкость обеспечивается при получении в структуре наряду с другими фазами остаточного аустенита, количество и степень стабильности которого следует регулировать, применительно к конкретным условиям нагружения. Для исследованных сталей это достигается закалкой с оптимальных температур.
Перечень ссылок
1. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. - Справочник / Под ред. Ляховича Л. С.
- М.. Металлургия, 1981. - 426 с.
2. Соколов КН., Коротич НК Технология термической обработки и проектирование терми-
ческих цехов. - М.: Металлургия, 1988. - 384 с.
3. Малинов Л.С., Якушечкина Л.И., Малинова Е.Л. Низкоуглеродистые марганцовистые цемен-
тируемые стали // Металловедение и термическая обработка металлов. - 1985. -№3. -С 32-35.
4. Малинов Л.С., Чейлях А.П., Малинова Е.Л. Влияние цементации и последующей термообра-
ботки на структуру, фазовый состав и абразивную стойкость Fe-Cr-Mn сталей // Изв. АН ' СССР. Металлы. -1991. - № 1. - С. 120-122.
5. Малинов Л.С., Малинова Е.Л., Харланова Е.Я. Повышение абразивной износостойкости це-
ментированных сталей 18ХГТ и 12ХНЗА за счет получения метастабильного аустенита // Металлы,- 1993,- №2. -С. 108-111.
6. Коршунов Л.Г., Макаров A.B., Черненко Н.Л. Влияние остаточного аустенита на абразивную
износостойкость высокоуглеродистых сталей // Тез. докл. V Всесоюзн. Совещ. 11-15 марта. Свердловск, 1991. - С. 34.
7. Тененбаум М.М. Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин. - М.: Машиностроение, 1966. - 331 с.
8. Малинов Л. С. Цементируемые низкоуглеродистые стали с повышенным содержанием мар-
ганца // Металл и литье Украины. - 2000. - № 1-2. - С. 49-53.
Малинов Леонид Соломонович. Д-р техн. наук, проф. кафедры "Материаловедение", окончил Уральский политехнический институт им. С.М. Кирова в 1956 году. Основные направления научных исследований - разработка экономнолегированных высокопрочных и износостойких сплавов, а также способов обработки, основанных на использовании принципа получения в структуре наряду с другими составляющими метастабильного аустенита, регулирование его количества и стабильности применительно к конкретным условиям нагружения. Малышева Инна Ефимовна. Аспирантка кафедры "Материаловедение", окончила ПГТУ в 1997 году. Основное направление научных исследований - повышение абразивной и ударно-абразивной износостойкости сплавов за счет использования эффекта самозакалки при нагруже-нии.
