Зносостійкі матеріали

ЗНОСО­СТІЙКІ́ МАТЕРІА́ЛИ — матеріали, що вирізняються під­вищеною зносо­стійкістю при роботі в певних умовах зовнішнього впливу. Зносо­стійкість матеріалу є характеристикою його здатності опору до зношува­н­ня в за­даних умовах, оцінюваною величиною, зворот. швидкості (інтенсивності) зношува­н­ня. Будь-який матеріал може бути зносо­стійким при роботі в одних умовах (напр., у парі тертя), однак не мати зносо­стійкості в ін. середовищах (напр., абразивних). Роз­роблено низку осн. принципів забезпече­н­ня високої зносо­стійкості. Так, структура матеріалу повин­на бути істотно гетероген. і складатися з твердих зерен, рівномірно роз­поділених у пружнопластич. метал. матриці (правило Шарпі). Структура поверх­невих шарів З. м. істотно не змінюється в процесі тертя або пере­будовується в структуру, вигідну з по­гляду тертя й зношува­н­ня. Поверх­ні матеріалів, що труться, повин­ні мати меншу міцність, ніж нижчерозташ. шари (правило позитив. градієнта). Необхідна умова надій. роботи З. м. — висока міцність адгезій. звʼязку між його твердими включе­н­нями та матрицею. З. м. одержують, як правило, методом лиття (литі сплави) або із за­стосува­н­ням технології порошк. металургії (спечені порошк. матеріали). Нині серед найбільш за­стосовуваних З. м. — білі чавуни. Сучасні білі зносо­стійкі чавуни — багатокомпонентні сплави, осн. легуючим елементом яких є хром (> 12 %). До їх складу також за­звичай вводять у невеликих кількостях марганець, молібден, нікель, мідь. Як З. м. у різних галузях промисловості за­стосовують і литі високохромисті сталі (10 ÷ 18 % хрому). Деталі, що працюють в умовах абразив. зношува­н­ня в сполучен­ні з удар. навантаже­н­нями й високими тисками (траків гусенич. машин, щік дробарок, хрестовин залізнич. і трамвай. шляхів), виготовляють з високомарганц. литої сталі 110Г13Л (сталь Гадфілда; 9 ÷ 1,3 % С, 11,5 ÷ 14,5 % Mn і 0,3 ÷ 1,0 % Si). Твердість сталі для виробництва деталей, які екс­плуатують в умовах знач. тисків і удар. навантажень, під­вищують наклепува­н­ням. Саме тому сталь 110Г13Л складно обробляти різа­н­ням. Серед високоефектив. видів литих З. м. — литі композити на основі заліза — сплави систем Fe–TiB₂, Fe–ZrB₂, Fe–HfB₂, а також литі композиц. матеріали на основі мідних сплавів, армованих твердими сталевими гранулами. Для виготовле­н­ня штамп. та різал. інструменту за­стосовують інструмент. сталі. За хім. складом, при­значе­н­ням і властивостями роз­різняють нетепло­стійкі, напів­тепло­стійкі й тепло­стійкі інструмент. сталі. Нетепло­стійкі сталі (вуглецеві з вмістом вуглецю 0,8 ÷ 1,35 % або низьколеговані з вмістом легуючих елементів до 3 ÷ 5 %) після від­повід. терміч. обробле­н­ня отримують високу твердість, міцність і зносо­стійкість (однак вони ці властивості зберігають лише при т-рах до 250 ÷ 300 °С). Напів­тепло­стійкі сталі — (за­звичай) високохромисті (3 ÷ 18 % Cr) і високовуглецеві (понад 1,0 ÷ 1,5 % С) — зберігають під­вищені служб. властивості при т-рах до 400 ÷ 500 °С. До тепло­стійких інструмент. сталей зараховують високолегов. штамп. сталі для гарячого деформува­н­ня та швидкорізал. сталі з вмістом легуючих елементів (вольфраму, молібдену, ванадію, кобальту, хрому) 4 ÷ 25 %. Макс. екс­плуатац. температури остан­ніх — 500 ÷ 720 °С. Найповніше до­зволяє реалізувати осн. умови створе­н­ня З. м. з яскраво вираженою гетероген. структурою технологія порошк. металургії. Одним з перших характер. прикладів успіш. викори­ста­н­ня методів порошк. металургії для одержа­н­ня З. м. було виготовле­н­ня деталей з порошку заліза з на­ступ. цементацією спечених заготовок у твердому або газовому карбюризаторі. Високу зносо­стійкість має порошк. хромиста сталь ЖЧ25Х3, яку виготовляють із порошків заліза (65 %), білого чавуну (25 %) і високохромистої сталі (10 %). Остан. часом завдяки високій міцності, під­вищеній твердості й зносо­стійкості при від­носно низькій вартості привертають увагу фахівців порошк. бормісткі сплави на основі заліза. Внаслідок істотно гетероген. структури вони забезпечують під­вище­н­ня зносо­стійкості порівняно зі ста­л­лю ШХ15 в 3–5 разів. Значне пошире­н­ня серед спечених З. м. отримали тверді сплави та карбідо­сталі, що містять частки карбідів (боридів) тугоплавких металів (вольфраму, титану, хрому та ін.), зцементов. метал. (кобальт, нікель, сталь) звʼязкою (з під­вище­н­ням вмісту в сплаві тугоплавкої фази збільшується його твердість і зносо­стійкість, однак зменшується ударна вʼязкість). Надвисока твердість, зносо­стійкість та низький коефіцієнт тертя характерні спеченим матеріалам з кон­струкц. кераміки на основі металоподіб. карбідів, боридів, нітридів або оксидів пере­хід. металів (карбід і нітрид бору, карбід кремнію, оксид алюмінію). Без­пористі матеріали з кон­струкц. кераміки використовують для виготовле­н­ня деталей, що під­даються інтенсив. корозій. та абразив. впливу (напр., торцевих ущільнень насосів). Для забезпече­н­ня високої твердості й зносо­стійкості поверх­невих шарів деталей, а також від­новле­н­ня поверх­ні зношених деталей, використовують наплавні З. м. Як наплавні за­стосовують тверді сплави типу сормайту (на основі заліза, близькі до чавунів із високим вмістом хрому), стеліту (хромвольфрамокобальтові, при­значені для наплавле­н­ня деталей, що працюють в умовах абразив. зношува­н­ня з динаміч. навантаже­н­нями) та реліту (суміші карбідів вольфраму W₂C + WC). Роз­роблено технології одержа­н­ня зносо­стійких покрит­тів з самофлюсувал. порошк. матеріалів на основі сплавів нікелю (Ni–Cr–B–Si–C) або заліза (Fe–Mn–C–B–Si). Провід­ні наук. школи в галузі роз­робле­н­ня литих З. м. функціонують у Фіз.-технол. ін­ституті металів та сплавів НАНУ (Київ) та Укр. держ. НДІ спец­сталей, сплавів та феро­сплавів (Запоріж­жя), спечених порошк. і керам. З. м. — Ін­ститут про­блем матеріало­знавства НАНУ, Ін­ститут надтвердих матеріалів НАНУ, наплавоч. З. м. — Ін­ститут електрозварюва­н­ня НАНУ (усі — Київ) та Фіз.-мех. ін­ститут НАНУ (Львів).

Завантажити статтю