Примеры износостойких материалов

Для деталей подшипников качения применяют специализированные (шарикоподшипниковые) стали типа ШХ15 (~1% C, 1,5% Cr) после неполной закалки и низкого отпуска со структурой мартенсита и высокодисперсных, округлых включений карбидов (60-64 HRC).

Для нагруженных зубчатых колес применяют стали с высокой вязкостью и твердым поверхностным слоем (58-63HRC), получаемым в результате термической и химико-термической обработки (стали типа 20Х, 40Х, 30ХГСН, 38ХМЮА, 20Х13).

Ползучесть и релаксационная стойкость

Ползучесть – склонность материала к увеличению пластической деформации во времени при постоянных условиях - температуре и нагрузке (напряжении).

Релаксационная стойкость – способность материала сохранять упругодеформированное состояние во времени, с чем связана возможность сохранения размеров и формы изделий.

Эти свойства объединены важным фактором влияния – температурой. При температурах больше 0,3 Tпл достаточно частыми становятся термические флуктуации ~ 1эв, способствующие активизации подвижности дислокаций и точечных дефектов, вызывающие как перемещение дислокаций, так и деформацию за счет диффузии.

Релаксационная стойкость

Релаксационная стойкость – способность материала сохранять упругонапряженное состояние во времени.

Необходимость учета релаксационной стойкости возникает при длительной деформации пружин, для сохранения усилий в болтовых соединениях, натягах, а также полезных остаточных напряжений в деталях и т.п.

В качестве характеристики релаксационной стойкости принимают величину падения напряжения Δσ за определенное время (от 200 до 3000 часов) в процессе испытаний при постоянной степени упругой деформации образца.

Δσ = E · ( ε₀ - ε_пл ),

где ε₀ - начальная упругая деформация, а ε_пл - пластическая деформация, возникшая из упругой за счет термофлуктуационного преодоления дислокациями препятствий.

Так как относительная упругая деформация обычно составляет малую величину (~10^-1 % ), то и пластическая деформация в условиях релаксации также мала, поэтому с релаксационной стойкостью связана способность материала сопротивляться, в первую очередь, малой пластической деформации, для развития которой достаточно незначительного количества мест с неустойчивой структурой.

Неустойчивость структуры вызывают:

• скопления дислокаций одного знака, приводящие к появлению растягивающих напряжений,

• высокодисперсные нестабильные частицы,

• повышенная концентрация вакансий и межузельных атомов,

• пересыщенные твердые растворы,

• фазовые превращения, стимулируемые температурой и деформацией, например, превращения остаточного аустенита в сталях

• остаточные напряжения.

Подобные особенности структуры возникают, в частности, после упрочнения при холодной пластической деформации, обработке резанием и шлифованием, термической обработке, связанной с образованием пересыщенных растворов, за счет облучения частицами высоких энергий. Поэтому при высокой твердости и сопротивляемости макропластической деформации, получаемой в результате упрочнения, наблюдаются пониженные значения предела упругости и даже предела текучести. В процессе стабилизации структуры предел упругости и предел текучести увеличиваются.