Выбор состава хромомарганцевых МАС для отливок, работающих в условиях циклического контактно-ударного нагружения и ударно-абразивного изнашивания

На основе анализа кинетических и структурных особенностей мартенситных превращений, протекающих при термической обработке и пластической деформации, углеродистые марганцевые и хромомарганцевые МАС по химическому составу в зависимости от условий работы можно условно разделить на три группы, представляющие интерес для их практического использования:

1) 0,5¸0,7 % С, 7¸14 % Mn, 0¸5 % Cr;

2) 0,75¸0,95 % С, 7¸8 % Mn, 2¸4 % Cr;

3) 1,0¸1,4 % С, 5¸10 % Mn, 0¸2 % Cr.

Стали имеют различную величину ЭДУ аустенита (возрастающую от 1-й группы к 3-й) и разную вследствие этого кинетику ДМП, различную морфологию и количество образующихся в процессе деформации мартенситных фаз, различную способность к деформационному упрочнению и износостойкость при разных условиях изнашивания.

· Стали 1-й группы (типа 60Г10Х4(М)Л), имеющие активную кинетику γ→ε→α', мартенситных превращений уже при небольших степенях деформации, обеспечивает этим сталям высокий уровень деформационного упрочнения и преимущество перед сталью 110Г13Л по сопротивлению расклепыванию. Они рекомендуются для отливок, работающих в условиях циклического контактно-ударного нагружения при наличии или в отсутствие абразивного изнашивания (крестовины железнодорожных рельсов и стрелок, бронефутеровочные плиты шаровых мельниц большого диаметра). Метастабильная аустенитная сталь с относительно высокой термической устойчивостью аустенита типа 60Г13Л рекомендуется в качестве материала основы комбинированных биметаллических отливок «сталь-износостойкий чугун» и цельнолитых отливок, используемых в условиях ударно-абразивного изнашивания в литом состоянии без закалки (КCU ≥ 0,8 МДж/м2) или после закалки комбинированных отливок (била молотковых дробилок, бронефутеровочные плиты разных типов, зубья ковшей экскаваторов).

· Стали 2-й группы – типа 80Г7Х3Л, имеющие более высокое сопротивление абразивному изнашиванию (1,3) по сравнению со сталью 110Г13Л при достаточном запасе ударной вязкости КCU ≥ 0,6 МДж/м2, – рекомендуются для изготовления отливок, работающих в условиях интенсивного ударно-абразивного изнашивания, (бронефутеровочные плиты стержневых мельниц).

· Стали 3-й группы – типа 120Г7Х2Л, 110Г9ХЛ (КCU ≥ 0,6 МДж/м2), 140Г6ХЛ (КCU ≥ 0,4 МДж/м2) – рекомендуются для изготовления отливок, работающих в условиях преимущественно абразивного изнашивания, – бронефутеровочных плит мельниц самоизмельчения, некоторых типов стержневых и шаровых мельниц; увеличение доли ударных нагрузок требует повышения содержания марганца в сталях до 8–10 %, что снижает абразивную стойкость. Эксплуатационная стойкость этих сталей близка к стойкости отливок из стали 110Г13Л или превышает ее в 1,3–1,6 раза при экономии ферромарганца в процессе их изготовления.

МАС являются износостойкими материалами, проявляющими свойства синергетических систем при контактном нагружении. Повышение износостойкости и усталостной прочности таких сталей по сравнению со стабильными аустенитными сталями близкого состава достигается за счет проявления эффектов от развития деформационных мартенситных превращений в метастабильном аустените в процессе воздействия на поверхность абразивных частиц, быстротекущих потоков жидкости или газа – интенсивного упрочнения при нагружении, создания сжимающих напряжений на поверхности вследствие образования мартенситных фаз и релаксации напряжений в момент фазовых превращений (микроПНП-эффекта).

 

Метастабильный аустенит в сталях перлитного и ледебуритного классов.Одно из направлений решения актуальной проблемы повышения абразивной износостойкости машин горно-металлургической и нефтедобывающей промышленности состоит в использовании метастабильного аустенита как диссипативной структуры со способностью к интенсивному упрочнению при фрикционном воздействии в сталях перлитного и ледебуритного классов.

Как следует из разд. 4.2.5, износостойкие материалы в различных условиях механического изнашивания (абразивного, ударно-абразивного, гидро- и газоабразивного, эрозионного, кавитационного и др.) должны обладать структурой в максимальной степени отвечающей принципам синергетического подхода к неравновесным системам. Рассеяние подводимой к рабочей поверхности энергии при внешнем воздействии наиболее эффективно производится микрогетерогенной структурой с метастабильным аустенитом, превращающимся в дисперсный мартенсит в процессе эксплуатации. Самоорганизация структуры, обусловленная релаксационными процессами при образовании мартенсита, с высоким уровнем деформационного упрочнения поверхностного слоя и формирование сжимающих напряжений обеспечивают высокую стойкость при контактном воздействии на поверхность.

В последние 20 лет в горно-металлургической отрасли усиливается тенденция замены аустенитных марганцевых сталей сталями перлитного класса с 0,7–0,8 % С в связи с экологическими, технологическими и экономическими проблемами, возникающими при использовании первых, несмотря на то, что эксплуатационная стойкость сталей типа 80ГСЛ составляет 0,6–0,7 от стали 110Г13Л (cм. разд. 4.2.1.6). С другой стороны, срок эксплуатации, например буровых установок в топливно-энергетическом комплексе, лимитируется быстрым абразивным износом цилиндровых втулок грязевых насосов, которые часто изготавливаются из сталей перлитного (150ХНМЛ) или ледебуритного (Х12МФЛ) классов. К распространенным деталям, подвергающимся гидроабразивно-коррозионному воздействию агрессивных жидкостей, содержащих твердые частицы, принадлежат также рабочие лопатки и улитки центробежных насосов.

 

 

 

Срок службы таких деталей не превышает 200–400 ч вследствие гидроабразивного и коррозионного изнашивания и появления недопустимо больших зазоров в сопрягаемых деталях.

Один из эффективных путей решения проблемы повышения абразивной износостойкости сталей 150ХНМЛ и Х12МФЛ – формирование диссипативной структуры с метастабильным аустенитом и высокой способностью к фрикционному упрочнению и сопротивлением абразивному изнашиванию.

 





Дата добавления: 2020-04-13; просмотров: 242; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поделитесь с друзьями:

Вы узнали что-то новое, можете расказать об этом друзьям через соц. сети.

Поиск по сайту:

Введите нужный запрос и Знаток покажет, что у него есть.
Znatock.org - Знаток.Орг - 2017-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей. | Обратная связь
Генерация страницы за: 0.007 сек.