Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ современных представлений о механизме абразивного изнашивания и критериях износостой кости сталей 6
1.1. Природа и виды механического изнашивания, особенности контактного разрушения сталей абразивом 6
1.2. Механизм изнашивания сталей абразивом
1.3. Анализ критериев абразивной износостойкости сталей 27
1.4. Цель работы и задачи исследования 52
2. Разработка методики экспериментального исследования износостойкости сталей в условиях абразивного изнашивания 53
2.1. Выбор метода экспериментального исследования изнашивания сталей 53
2.2. Методика проведения экспериментальных исследований. 62
2.2.1. Методика проведения трибологических испытаний 62
2.2.2. Выбор сталей для исследования и подготовка образцов 68
2.3. Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований 69
3. Исследование взаимосвязи механических свойств и износостойкости сталей в условиях абразивного из нашивания 72
3.1. Исследование взаимосвязи механических свойств сталей 73
3.2. Исследование взаимосвязи износостойкости с механическими свойствами сталей 79
3.3. Исследование взаимосвязи износостойкости с комплексными показателями механических свойств сталей 91
3.4. Исследование влияния структурных аспектов сопротивления сталей изнашиванию 103
4. Разработка практических рекомендаций по выбору сталей для условий абразивного изнашивания 110
4.1. Научные предпосылки выбора износостойких сталей 110
4.2. Разработка метода определения износостойкости сталей по механическим свойствам 112
4.2.1. Анализ влияния механических свойств на сопротивление сталей изнашиванию абразивом 112
4.2.2. Построение статистических моделей «износостой кость — свойство» 127
4.2.3. Разработка номограмм для определения износо стойкости сталей по механическим свойствам 134
4.3. Повышение износостойкости варьированием механиче ских свойств сталей 143
Общие выводы 154
Список литературы 156
Приложения 166
- Природа и виды механического изнашивания, особенности контактного разрушения сталей абразивом
- Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований
- Исследование взаимосвязи износостойкости с комплексными показателями механических свойств сталей
- Разработка номограмм для определения износо стойкости сталей по механическим свойствам
Введение к работе
Актуальность темы.
Абразивное изнашивание является одним из наиболее распространенных видов поверхностного разрушения, ограничивающего срок службы трибосопряжений машин различного назначения. В химической отрасли абразивное изнашивание характерно для деталей транспортирующего, измельчительного и другого оборудования, работающего с минеральным сырьем. В нефтедобывающей и газовой промышленности абразивному изнашиванию подвержен породоразрушающий инструмент, элементы колонны, насосное оборудование, запорная арматура и др. На железнодорожном транспорте проявления абразивного изнашивания имеют место для деталей путевых машин и тормозных колодок подвижного состава.
Обеспечение работоспособности трибосопряжений возможно либо совершенствованием их конструкции, исключающим взаимодействие абразива с элементами ТС, либо использованием износостойких материалов для дегалей трибосопряжений
Повышение износостойкости узлов трения может рассматриваться с материаловедческих позиций и с позиции механики и физики контактного взаимодействия Большой вклад е развитие исследований по износостойкости материалов и узлов трения внесли отечественные ученые М М. Хрущов. И.В. Крагельский, В.А. Кислик. Н.П. Щапов, Н А. Буше, А В. Чичинадзе, И.А. Буяновский, Г.М. Сорокин, В С. Попов, Н.С Пенкин, Л.И Погодаев, Б.И. Костецкий, Н.М. Михин, Л.М. Рыбакова, B.C. Комбалов, М.М Тененбаум. Д.Н. Гаркунов, Ю.А. Евдокимов, Ю.Н. Дроздов, Ю.И. Густов, Ю.М. Лужнов, СМ. Захаров, А.П. Семенов, В.В Гриб, Н.К. Мышкин, О.В. Холодилов, У.А. Икра-мов и др.
В современном трибологическом материаловедении накоплен значительный экспериментальных материал по износостойкости сталей и сплавов в различных условиях контактного нагружения. Однако
РОС. ti\U,rt'oh „-БИБЛИОТЕКА
для нужд инженерной практики эти результаты имеют ограниченное применение, поскольку были получены авторами для различных условий контактного нагружения и разных групп материалов. Поэтому является актуальной разработка методик, позволяющих определять износостойкость сталей без проведения испытаний на изнашивание, опираясь на критерии износостойкости, основанные на механических свойствах металла.
Решение этой научно-технической задачи связано с разработкой критериев сопротивления сталей изнашиванию и созданием на этой основе инженерного метода определения износостойкости по механическим свойствам металла.
Данная диссертационная работа является продолжением исследований по критериальной оценке износостойкости сталей применительно к абразивному изнашиванию, проводимых в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина Г.М. Сорокиным, и в НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева
- Б.П. Сафоновым.
Актуальность диссертационной работы заключается в необходимости разработки метода определения износостойкости сталей, позволяющего на стадии проектирования оборудования оненивать по механическим свойствам металла применимость сталей для работы в условиях абразивного изнашивания. Использование данного метола позволит упростить и сделать обоснованным выбор сталей для быстроизнашивающихся деталей оборудования.
Цель работы.
Целью диссертационной работы является разработка инженерного метода определения абразивной износостойкости сталей по механическим свойствам без проведения испытаний на изнашивание.
Методы исследования.
- Механические испытания на растяжение ГОСТ 1497;
- Определение твердости по Роквеллу ГОСТ 9013;
- Трибологические испытания на специальной лабораторной установ
ке для определения сопротивления сталей изнашиванию при трении
скольжения по закрепленному абразиву.
Научная новизна.
-
Обоснована структура критерия износостойкости для условий абразивного изнашивания при микрорезании. Критерий представляет собой комплекс свойств, характеризующий способность сталей сопротивляться внедрению абразива и пластическому оттеснению при его перемещении по поверхности трения.
-
Критерием сопротивления стали внедрению абразива принята твердость HRC. Критерием сопротивления пластическому оттеснению
- комплексный показатель, равный произведению предела прочности
на истинное удлинение, определяемое расчетом через относительное
сужение.
3. Выполнен количественный анализ влияния каждого из крите
риев, характеризующих износостойкость сталей на отдельных этапах
формирования контакта при микрорезании.
4 Для практического применения в инженерной практике разработан метод определения износостойкости сталей по механическим свойствам без проведения испытаний на изнашивание.
Практическая ценность.
Разработан метод определения износостойкости сталей по механическим свойствам, минуя испытания на изнашивание. Износостойкость определяется расчетным путем по твердости, пределу прочности и относительному сужению стали.
Результаты диссертационной работы приняты к внедрению ООО «Новомосковск-Ремстройсервис» при выполнении конструкторских разработок и при проведении ремонтных и восстановительных работ химического оборудования. Результаты выполненных исследований
используются в учебном процессе по ряду курсов для студентов инженерных специальностей НИ РХТУ им. Менделеева.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на Всероссийских научных конференциях «Гагаринские чтения», (МА1И-РГТУ им. К.Э.Циолковского, Москва 1999, 2004, 2005); ПТ Всероссийской конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (РГУ нефти и газа им. И.М.Губкина. Москва 1999); научно-технической конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов «Техника XXI века глазами молодых ученых и специалистов» (Тула, 2001 г); на международном научно-практическом симпозиуме «Славянтрибо-6» (Рыбинск, 2004 г.). научно-технических конференциях НИ РХТУ им. Д.И.Менделеева (Новомосковск. 2001, 2002, 2003, 2004, 2005); на научных семинарах механического факультета НИ РХТУ им. Д И.Мечделеева; на научно-техническом совете НИ РХТУ им. Д И Менделеева, на научном семинаре кафедры "Металловедение и неметаллические материалы" РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, на техническом совещании ООО «Новомосковск-Ремстройсервис/> и научно-технических семинарах комплексного отделения «Транспортное металловедение» ВНИИЖТа.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Структура и объем работы.
Природа и виды механического изнашивания, особенности контактного разрушения сталей абразивом
Механическое изнашивание деталей, рабочих органов инструмента, т.е. изнашивание в результате механических воздействий [19], является закономерным процессом, неизбежно сопровождающим работу машин, механизмов, промышленного оборудования и представляющим одну из форм их физического старения. В результате изнашивания происходит изменение размеров, формы и состояния рабочих поверхностей деталей и, тем самым, постепенное снижение функциональных качеств и производительности машин, а также возрастание вероятности их отказа.
Опыт эксплуатации оборудования показывает, что 80-90% отказов машин и механизмов происходит из-за износа узлов и деталей, а также рабочего инструмента. Поэтому, проблема изыскания путей снижения износа рабочих поверхностей трения всегда актуальна. Первые наиболее обстоятельные обобщения накопленной информации о трении и изнашивании появились в начале XIX века, которые и сформировали начальную базу новой науки - трибологии.
Трибология -это наука, изучающая изнашивание сопряжений в узлах машин, особенности внешнего и внутреннего трения твердых тел [63].
Существенный вклад в развитие трибологии внесен отечественными учеными. Сформулирован ряд научных школ, среди которых научные школы по трибологии в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, ИМАШ РАН РФ им. Благонравова, ВНИИЖТе (г. Москва), МГТУ им. Н.Э. Баумана, РИИЖТе (г. Ростов-на-Дону), а также в ближнем зарубежье в Киеве, Гомеле, Таллинне и других городах.
Исследования последних лет позволили вскрыть природу, механизм и закономерности основных процессов трения и изнашивания, установить связи износостойкости со свойствами материалов, влияние режимов контактного нагружения на закономерности трения и изнашивания материалов [7, 11,43, 44, 99 и др.].
Большое влияние на развитие работ трибологии имела классификация видов изнашивания. Было предложено несколько вариантов классификаций, но ни один из них не отражал всех видов изнашивания и их особенностей. М.М. Хрущов основанием для классификации видов изнашивания считал основные явления, происходящие на поверхностях трения, выделяя при этом изнашивание механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. М.М. Хрущов при механическом изнашивании различал такие явления: снятие стружки твердыми частицами в условиях трения скольжения, пластическое деформирование, хрупкое выкрашивание и образование окисных пленок. Классификация по Хрущову [98, 99] полнее и ближе к реальным условиям проявления различных видов изнашивания.
Профессор Б.И. Костецкий выделил следующие основные виды: изнашивание схватыванием I рода, окислительное, тепловое, абразивное, осповидное [41]. Академик А.А. Ребиндер рассматривал [42, 89] изнашивание материалов как поверхностное диспергирование в результате многократной пластической деформации, приводящей к упрочнению и усталостному разрушению микрообъёмов материала. В настоящее время изнашивание классифицировано по видам в зависимости от особенностей контактного взаимодействия [19 ]. Благодаря обширному экспериментальному материалу, накопленному за последние годы, расширились известные представления о природе и видах изнашивания. В зависимости от физики процесса целесообразно выделить два класса: изнашивание механическое и механохимическое. В этих классах следует различать изнашивание при трении скольжения, изнашивание при трении качения, изнашивание при ударе и изнашивание в потоке газа или жидкости. Ударно-абразивное, абразивное, эррозионное — все эти виды изнашивания по своей качественной картине формирующегося макро- и микрорельефа имеют ярко выраженную общность: сущность формирования частицы износа во всех перечисленных и иных ситуациях предполагает разрушение материала. Эта особенность дает основание заключить, что сопротивление металла механическому изнашиванию имеет прочностную основу. Изменился и подход к методике испытаний материалов на изнашивание. Стало очевидно, что следует воспроизводить не кинематику взаимодействия деталей в узлах машин, а качественную картину изнашивания в виде макрорельефа поверхности трения при контактном взаимодействии, т.е. необходимо создавать методы испытания на изнашивание не под деталь, а под вид изнашивания. В частности, в РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, в связи со стоявшей проблемой повышения износостойкости бурового инструмента, под руководством профессора В.Н. Виноградова и профессора Г.М. Сорокина, были проведены систематические исследования ударно-абразивного изнашивания [12, 16, 17 и др.], которые явились основой методического подхода к испытаниям материалов на изнашивание. При анализе накопленной информации по видам изнашивания можно сделать вывод, что наиболее изученным считается механическое изнашивание, которое включает в себя абразивное, гидроабразивное, эрозионное, гидроэрозионное или газоэрозионное. Менее изучено окислительное и тепловое изнашивание [13].
Статистическая обработка результатов экспериментальных исследований
Как уже отмечалось, абразивное изнашивание процесс сложный и многофакторный, который сопровождается отделением части изнашивания поверхности металла в результате контактного разрушения. Данное обстоятельство послужило основанием для применения к нему классического понятие о прочности. В работах, проведенных впервые на кафедре "Металловедения и неметаллических материалов" РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, было детально изучено влияние стандартных механических характеристик на износостойкость [12]. Механические характеристики закаленной стали зависят прежде всего от структурного класса стали, т.е. способности структуры к упрочнению при термической обработке и ее устойчивости к разупрочнению при тепловом воздействии.
В результате изучения изменений механических характеристик прочности и пластичности в условиях нагрева при отпуске установлено что в пределах различных структурных классов при повышении температуры отпуска (рис. 46) прослеживаются свои характерные закономерности изменения износостойкости [78].
Для сталей перлитного класса при повышении температуры отпуска показатели прочности снижаются, а показатели пластичности увеличиваются; для сталей мартенситного класса сохраняется та же тенденция, что и для стали перлитного класса, но снижение характеристик прочности и увеличение характеристик пластичности смещается в область более высоких температур отпуска. У сталей аустенитного класса при повышении температуры отпуска примерно до 400С показатели прочности и пластичности не изменяются; дальнейшее повышение температуры отпуска приводит к снижению предела прочности и характеристик пластичности, твердость сталей несколько повышается; для сталей карбидного класса по мере повышения температуры отпуска показатели прочности сначала снижаются, а при температуре отпуска свыше 400С начинают увеличиваться; характеристики пластичности почти не изменяются. Кроме того, было установлено соответствие между изменением показателей прочности и износостойкости от температуры отпуска сталей каждого класса, независимо от тенденции изменения и взаимосвязи показателей прочности и пластичности для сталей всех классов определяющими износостойкость являются характеристики прочности [12, 75, 78]. С целью выявления влияния на абразивную износостойкость механических свойств сталей группы прочности и пластичности были исследованы стали ЗОХ, 40X13, 45, Д5, Д6, Д7 и У8 в различном структурном состоянии после закалки и отпуска. В работе исследовалась взаимосвязь износостойкости сталей со стандартными механическими характеристиками: твердостью HRC, пределом прочности аВ} пределом текучести 7о,2, относительным удлинением 5 и относительным сужением .
В исследованиях по абразивной износостойкости сталей традиционным является оценка сопротивления стали изнашиванию по ее твердости [100], что правомерно, поскольку взаимодействие абразивной частицы на контакте с металлом при изнашивании и индентора - при определении твердости имеют много общих черт. Однако, взаимодействие абразивной частицы и металла заканчивается микроразрушением поверхности металла и отделением частиц износа, а при внедрении индентора имеет место лишь более или менее развитая пластическая деформация металла. Поэтому положительное влияние на износостойкость сталей помимо твердости оказывают и другие механические характеристики металла группы прочности: предел прочности, предел текучести, сопротивление срезу и т.д.
Исследование взаимосвязи износостойкости и твердости HRC сталей показывает (рис.47), что для отдельно взятой марки стали твердость является мерой сопротивления изнашиванию абразивом, но при рассмотрении же группы сталей имеет место существенное расхождение. Так в диапазоне твердости 40 - 50 HRC мы имеем значение износостойкости в пределах от 0,6 до 2,5. эти результаты показывают, что при несомненном положительном влиянии твердости на износостойкость сталей необходимо учитывать влияние и других механических характеристик.
Так на рис.48 представлена взаимосвязь предела прочности и износостойкости тех же сталей. Из рисунка видно, что те же стали в данном случае имеют предел прочности в диапазоне 1300 - 2000 МПа. Причем, последовательность сталей по износостойкости такая же, что и при рассмотрении взаимосвязи износостойкости с твердостью.
Точно такая же тенденция наблюдается и при анализе взаимосвязи предела текучести и износостойкости в диапазоне 1200 - 1800 МПа (рис.49). Имеем тот же ряд износостойкости, что и при рассмотрении взаимосвязи предела текучести и твердости С ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ.
При исследовании взаимосвязи износостойкости и относительного удлинения следует рассматривать диапазон изменения последнего от 12 до 16% (рис.50) в этом диапазоне изменяется относительное удлинение сталей с диапазоном твердости 40 50 HRC , пределом прочности - 1300 - 2000 МПа и пределом текучести - 1200 - 1800 МПа. В этом случае мы имеем некоторую инверсию ряда износостойкости, хотя в основных чертах ряд износостойкости сохраняет прежнюю структуру,
При изучении взаимосвязи износостойкости и относительного сужения сталей (рис.51) имеет место многозначность износостойкости даже для одной марки стали. Так сталь Д5 при У 60% имеет износостойкость равную 2,5; 2,7 и 3. Второй член ряда сталь 40X13 со своими значениями относительного сужения не может быть сравнена со сталью Д5.
Исследование взаимосвязи износостойкости с комплексными показателями механических свойств сталей
Усложняет выбор материалов высокое тепловое воздействие на узлы трения. Разупрочнение структуры в условиях теплового воздействия аналогично термической обработке - отпуску, в результате которого снижаются прочностные характеристики, и увеличивается пластичность и ударная вязкость. Происходит дополнительное изменение механических характеристик, в конечном итоге снижается статическая прочность и сопротивление усталости: уменьшение твердости отрицательно влияет на начальную износостойкость.
Во всех приведенных примерах, усложняющих выбор износостойких сталей, начальная износостойкость существенно изменяется в результате изменения структуры. Значит, исходные предпосылки выбора сталей с высокой начальной износостойкостью еще не гарантируют ее сохранения в процессе эксплуатации. Эти примеры оценки износостойкости сталей и сплавов - задача многофакторная, не следует ее упрощать в свете возрастающих требований повышения ресурса машин, механизмов и инструмента.
В последние годы исследования в области инженерного трибологического материаловедения были направлены на выявление критериев оценки износостойкости сталей и сплавов применительно к вариантам абразивного изнашивания без проведения трибологических испытаний. При этом использовалась ранее сформулированная концепция [12, 44] о том, что в природе абразивного изнашивания лежит прочностная основа, а выбор критериев износостойкости сталей целесообразно выполнять из числа юстированных характеристик механических свойств металла и их сочетаний.
В этой связи настоящая диссертационная работа посвящена развитию современных представлений о критериальной оценке износостойкости сталей и ранжирование сталей по износостойкости по совокупности механических свойств металла без проведения испытаний на изнашивание.
Для оценки сопротивления различным видам механического разрушения или изнашивания материалов в промышленной практике используют различные и наиболее доступные критерии.
В числе инженерных критериев оценки износостойкости сталей целесообразно использовать механические характеристики.
Выбор сталей по максимальной твердости в закаленном состоянии целесообразно ранжировать для условий выраженного абразивного изнашивания при трении скольжения. При этом сопротивление детали статическому или длительному разрушению по условиям работы исключается. В этом случае необходимо выбирать стали не только по высокой твердости, но и по способности сохранять начальную высокую твердость при высоком отпуске, т.е. стали с высокой структурной устойчивостью. При этом фактор структурной устойчивости должен оцениваться по возможной мощности трения и теплового воздействия на начальную структуру.
Между твердостью и пределом прочности зависимость сложная, нелинейная: при повышении твердости примерно до 50 HRC предел прочности многих сталей увеличивается, при повышении твердости до 60 HRC предел прочности заэвтектоидных и легированных высокопрочных сталей резко снижается. Следовательно, твердость может быть высокой, но это не обеспечит необходимого срока службы деталей вследствие снижения сопротивления статическому и длительному нагружению.
Предел текучести с пределом прочности и твердость с пределом текучести связаны для большинства сталей линейной зависимостью. Это необходимо учитывать при выборе твердости и предела прочности материала деталей, работающих при абразивном изнашивании, учитывая, что при повышении твердости все показатели пластичности и ударной вязкости снижаются.
Таким образом, твердость как единственный критерий оценки износостойкости сталей можно применять только для условий работы, при которых невозможны хрупкое разрушение или частичное выкрашивание.
Одним из наиболее перспективных критериев выбора износостойких сталей может быть комплексный показатель — произведение предела прочности на относительное сужение авч [39, 81]. Для некоторых условий изнашивания он может обеспечить весьма достоверные результаты. В частности, при трении качения по слою незакрепленного абразива прослеживается четкая зависимость: при увеличении значения GQ\\I износостойкость повышается почти линейно (рис.70.а). В интервале средней твердости (30-45 HRC) показатель зац) линейно увеличивается при повышении твердости; в интервале твердостей 45-55 HRC между этими характеристиками зависимость сложная: твердость может увеличиваться, а показатель авУ резко снижаться или также увеличиваться.
Произведение предела прочности на относительное сужение о"в\/ предлагается [12, 81] использовать в качестве критерия оценки износостойкости при механическом изнашивании для сталей, у которых порог хрупковязкого перехода проявляется нечетко или вообще не проявляется при повышении температуры отпуска. Чем выше статическая прочность сталей, особенно перлитного класса, тем четче на кривой изменения показателя Оц\\і, в зависимости от температуры отпуска, видна четкая граница хрупковязкого перехода; максимальное значение ОвЦ/ соответствует этой границе.
Разработка номограмм для определения износо стойкости сталей по механическим свойствам
Кривые на рис.77 и 78 являются параболами второго порядка с вершиной в интервале значений показателя св -е= 750-1050. При гв-е 750 и 1050 наблюдается рост износостойкости сталей. На первый взгляд, данные результаты трудно объяснить, исходя из представлений о деформационной природе сопротивления сталей изнашиванию абразивом. Действительно, рост показателя ?в е оказывает положительное влияние на повышение износостойкости сталей, поскольку в этом случае мы имеем дело с интенсивной пластической деформацией металла, но при этом следует иметь в виду, что показатель (тв е положительно сработает на износостойкость лишь в случае, когда сталь будет иметь и высокую твердость (правая ветвь параболы). В левой части параболы заметен рост износостойкости сталей, но он не так выражен, как в правой части. Вероятно, в этом случае сказывается влияние небольшого значения предела прочности сталей.
По нашему мнению, для объяснения причинно-следственной связи механических свойств и износостойкости сталей, необходимо рассматривать разрушение сталей на контакте с абразивом, исходя из модели разрушения (см, рис.71) в рамках развиваемых в диссертационной работе представлений о деформированной природе износостойкости сталей.
Поскольку механические свойства стали являются количественной характеристикой структурного состояния металла, в работе сделана попытка
объяснить наличие двух ветвей зависимости И = f( зв е) с точки зрения структур, формирующихся при отпуске стали.
Как известно [4, 10], повышение температуры отпуска существенно понижает характеристики прочности (пределы прочности и текучести, см.рис.46) и твердость и увеличивает пластичность закаленной стали (повышает относительное удлинение и относительное сужение, см.рис.46).
Изменение механических свойств является следствием изменений внутреннего строения закаленной стали в процессе отпуска. Так как в минимум параболы (наименьшая износостойкость исследуемых сталей) попали стали с температурой отпуска от 300 С до 600С, то рассмотрим, что происходит со структурой закаленной стали в этом интервале температур отпуска.
В интервале температур отпуска от 300С до 600 С, так называемое третье превращение закаленной стали при отпуске, связано с тем, что мартенсит отпуска, который получился в результате первого и второго превращения, превращается в тонкую механическую смесь частиц цементита с ферритом — троостит отпуска [4]. При этом нарушается когерентная связь между кристаллическими решетками цементитных пластинок и а- твердого раствора, которая была в мартенсите отпуска. Содержание углерода в сс-твердом растворе к этому моменту понижается, тетрагональность исчезает, при этом имеет место объемноцентрированная кубическая решетка феррита, происходит снятие внутренних напряжений. Размер частиц цементита увеличивается, происходит слияние мелких зерен в более крупные, значительно снижая прочностные характеристики и твердость стали.
Так почему по обе стороны от вершины параболы наблюдается заметное повышение твердости (износостойкости) сталей? Это, по-видимому, тоже связано с изменением структуры стали. В эту область попадают стали с температурой отпуска 100-200 С. Как известно, структура закаленной стали состоит из мартенсита и остаточного аустенита. Эта структура неустойчива. Пересыщенный твердый раствор углерода в сс-железе (мартенсит закалки) приводит к искажению кубической решетки сс-железа и образованию тетрагональной структуры мартенсита. При температуре отпуска 100-200 С происходит уменьшение содержания углерода в пересыщенном а- твердом растворе и образование мельчайших частиц карбида. Получающаяся в результате этого превращения (первое
138 превращение закаленной стали при отпуске) механическая смесь сохраняет игольчатую структуру и высокую твердость мартенсита закалки и носит название мартенсит отпуска, а- фаза в мартенсите отпуска сохраняет тетрагональную структуру. Вследствие такого искажения решетки мартенсита сталь упрочняется. Поэтому нагрев стали до 100 С сопровождается небольшим повышением твердости. Дальнейший нагрев стали приводит к уменьшению твердости, вследствие укрупнения карбидных частиц и уменьшения углерода в а- твердом растворе.
Твердость стали, являясь мерой сопротивления металла внедрению индентора, зависит от дисперсности структуры [4, 96]. Поэтому структурное состояние образцов исследуемых сталей оценивали по их твердости. На выборку (см.рис.77) были наложены значения твердости образцов (рис.79).
Анализ выборки показывает, что образцы в правой и в левой ветви параболы имеют большие значения твердости, чем в вершине. Так, в вершине параболы твердость колеблется от 15 до 30 HRC, что соответствует структуре троостита отпуска, т.е. механической смеси частиц цементита с ферритом. Причем, в этом случае наблюдается процесс коагуляции цементита и укрупнение блоков и рост зерен ферритной структуры. Наиболее интенсивный рост твердости наблюдается в правой ветви параболы, где увеличение показателя УВ е синхронизировано с повышением твердости образцов. Так при JB е 2000 МПА твердость образцов составляет 50-55 HRC, в левой части параболы имеем рост износостойкости только за счет твердости , поскольку комплекс сгд-е имеет значение менее 750 МПа. Для проверки наших предположений, на выборку (см. рис.77) были наложены значения твердости (рис.80) и проведен анализ влияния твердости и комплексного показателя ств е на износостойкость сталей. И рис.80 видно, что тенденция изменения износостойкости в зависимости от твердости и комплекса тв -е, такая же, что и на рис. 79.
