8.4. Конструкционные стали специального назначения

8.4.1. Износостойкие стали

Шарикоподшипниковые сталиприменяются для подшипников качения (шарики, ролики, кольца). Они содержат в среднем 1% углерода, стали должны иметь высокую твердость, износостойкость, контактную выносливость и сквозную прокаливаемость.

Сталь ШХ15 содержит ~1%С и 1,5%Cr. Термообработка: закалка в масле с температуры 820…850°С + низкий отпуск при 150…170°С. Структура – мартенсит и дисперсные карбиды. Сталь ШХ15СГ дополнительно содержит 0,8%Si и 1,2%Mn для повышения прокаливаемости, и применяется для крупногабаритных подшипников.

Износостойкая аустенитная сталь Гадфильда110Г13Л содержит 1,1%С, 13%Mn, (Л–литейная). Структура после литья: аустенит легированный + карбиды (Fe,Mn)3С. Для растворения хрупких карбидов и получения однородной аустенитной структуры сталь подвергают закалке в воде от температуры 1100°С.

Сталь обладает высокой износостойкостью в условиях динамического износа, благодаря способности аустенита к деформационному упрочнению (наклепу). При ударных нагрузках в поверхностном слое по границам зерна аустенита выделяются карбиды марганца. Это приводит к обеднению аустенита углеродом и легирующими элементами. В результате температуры МН и МК повышаются, аустенит частично превращается в мартенсит, что повышает твердость и износостойкость.

Применение: траки гусеничных машин, ковши экскаваторов, крестовины железнодорожных путей и т.п.

8.4.2. Стали, устойчивые против коррозии

Коррозия– разрушение металла под действием окружающей среды. По механизму коррозионных процессов различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозияпротекает при воздействии на металлы газов (газовая коррозия) и неэлектролитов. Газовая коррозия заключается в окислении металла, что приводит к постепенному разрушению.

Электрохимическая коррозияпроисходит под воздействием электролитов: водных растворов кислот, щелочей, солей, морской и речной воды, влажного воздуха (атмосферная коррозия), почвы и т.д.

Механизм электрохимической коррозии заключается в следующем: при соприкосновении металлов в среде электролита образуется гальваническая пара, в которой металл с более электроотрицательным электродным потенциалом (анод), отдавая электроны, разрушается. В сплавах и даже в чистых металлах между различными фазами могут возникать микрогальванические пары, где роль анода играют границы зерен и дефектные участки.

8.4.2.1. Жаростойкие стали

Жаростойкость (окалиностойкость) – это стойкость металла против газовой коррозии (окисления) при высоких температурах. При температурах выше 550°С железо окисляется с образованием рыхлого оксида FeO. Для повышения жаростойкости стали легируют хромом, а также дополнительно алюминием и кремнием, которые образуют на поверхности металла плотные оксидные пленкиCr₂O₃,Al₂O₃, SiO₂, обладающие защитными свойствами.Жаростойкость стали, т.е. максимальная температура, при которой сохраняются защитные свойства пленки, не зависит от структуры стали, а определяется, главным образом, содержанием в ней хрома. Введение в сталь 5…8% Cr (15Х5) повышает жаростойкость до 750°С, 15…17% Cr (12Х17) – до 1000°С, 25…30% Cr (15Х25Т) – до 1100°С.

Жаростойкие сталиприменяют в условиях высоких температур при небольших механических нагрузках (печное оборудование, электро- нагреватели, теплообменники и др.) Жаростойкие стали используются, как правило, без упрочняющей термообработки. Многие жаростойкие стали одновременно являются и коррозионно-стойкими.