Загальна термічна обробка
Цей спосіб підвищення зносостійкості може використовуватись для виробів, виготовлених із металів, в яких при нагрівах і охолодженнях відбуваються поліморфні перетворення. Це, як правило, вироби зі сталі. Тому розглянемо можливості підвищення зносостійкості стальних виробів.
Зносостійкість сталі, як і будь-якого матеріалу, являє собою комплексну властивість, що визначається такими механічними характеристиками, як опір пластичній деформації і руйнуванню, в’язкість, пластичність, тріщиностійкість, жаростійкість, опір втомі, корозійна стійкість. Для різних умов зношування значення кожної із цих характеристик різна.
Для тертя металу по металі основне значення має опір пластичній деформації, а при відсутності масла - підвищена теплостійкість (жароміцність).
Склад і термічна обробка мають забезпечувати рівномірний (однорідний) фазовий стан з високим опором пластичній деформації, наприклад, сталь з структурою низьковідпущеного (150…160°С) мартенситу з вмістом вуглецю (0,4…0,6%). Наявність м’яких включень фериту несприятлива, а невелика кількість надлишкових карбідів (вуглець до 1,2%) – допустима. Однак треба мати на увазі, що при цьому може знижуватися в’язкість і опір руйнуванню, що несприятливо при високих номінальних тисках. Для підвищення зносостійкості і опору "схоплюванню" в сталь корисно вводити невелику кількість хрому, молібдену, ванадію.
При наявності надійного змащування в парах тертя (знижений коефіцієнт тертя), опір пластичній деформації метала може бути меншим, ніж при сухому терті, тому вміст вуглецю в мартенситі (сталі) може бути більш низьким (0,3…0,5% С), а відпуск при термічній обробці більш високим – 500…550°С. Такий стан металу підвищує в’язкість, тріщиностійкість і опір ударним навантаженням (колінчатий вал, шліцьові з’єднання, муфти). Вміст легуючих елементів і марка сталі визначається опором іншим навантаженням (умови експлуатації).
При терті кочення мають місце високі номінальні тиски циклічного характеру. В цих умовах пластичну деформацію необхідно виключити. Структура має складатися із високовуглецевого, низьковідпущеного мартенситу з рівномірно-розпреділеними не крихкими карбідами (сталь з 1%С і 1,5%Сr). Щоб зменшити небезпечність зародження тріщин, вимагається висока якість поверхні і мінімум внутрішніх дефектів - пор, неметалічних включень.
Для умов абразивного зношування без ударів бажано, щоб матеріал мав високий опір деформації (низьковідпущений мартенсит) і значну кількість твердих карбідів, які могли би опиратися впровадженню абразиву (сталі з >1%С, леговані Cr, Mo, W).
При абразивному зношуванні з ударами, крім опору деформації, необхідний певний рівень тріщиностійкості. Це обумовлює граничний вміст вуглецю в мартенситі, підвищення температури відпуску, гранична кількість карбідів і отримання певної кількості залишкового аустеніту.
Теоретичні основи технології зміцнюючої термічної обробки пов’язані з кінетикою перетворення-переохолодження аустеніту (для сталі) і з зміцненням дисперсною фазою (сталь, алюмінієві сплави).
Для сталей, технологічною основою отримання зносостійкого стану – мартенситу з доповнюючими фазами – являються три фактори: нагрів до аустенітного стану; охолодження з швидкістю більшою за критичну; завершення охолодження для отримання 100% М до температури нижче Мк, для отримання структури М+А до температури в інтервалі Мн -Мк.
Нагрівання. Чим температура нагрівання вище А3, тим: а) більша стійкість аустеніту; б) більший розмір аустенітного зерна; в) у легованих Cr, W, Mo, V сталей більше розчинюється карбідів і тим вищий вміст вуглецю в мартенситі; г) чим вище температура нагріву під гартування, тим нижче температура Мн і Мк.
Остаточний вибір температури нагріву під гартування для максимальної зносостійкості можна обґрунтувати наступною схемою (рисунок 2.1).
| Рисунок 2.1 – Схема впливу температури нагріву під гартування на зносостійкість сталі: 1 – доевтектоїдна сталь, 2 – евтектоїдна сталь, 3 – заевтектоїдна сталь |
Охолодження. Збільшення швидкості охолодження в докритичному інтервалі веде до збільшення кількості мартенситу, а в критичному інтервалі – залишкового аустеніту. Схема впливу швидкості охолодження на зносостійкість представлена на рисунку 2.2.
| Рисунок 2.2 – Схема впливу швидкості охолодження на зносостійкість сталі: 1 – доевтектоїдна сталь, 2 – евтектоїдна сталь, 3 – заевтектоїдна сталь |
Розглядаючи вплив швидкості охолодження на зносостійкість сталі, слід враховувати, що із зменшенням розмірів зерен і розмірів мартенситних утворень зносостійкість буде рости, при чому це відноситься до охолодження сталі як із рідкого, так і з аустенітного стану. Розмір зерен визначається величинами швидкості зародження і росту (Ш.3 і Ш.Р.) кристалів нової фази (рисунок 2.3).
| Рисунок 2.3 – Вплив швидкості охолодження (ступеню переохолодження) на Ш.З. і Ш.Р. зерен: I – інтервал зменшення зерна, II – область дуже мілких зерен, III – область безструктурного мартенситу (біла зона), IV – область аморфного металу при охолодженні з рідкого стану |
Зміна зносостійкості, пов’язана із зменшення зерна, приведена на рисунку 2.4.
| Рисунок 2.4 – Вплив розміру зерна, зв’язаного з швидкістю охолодження з аустенітного і рідкого стану, на зносостійкість. Зони I – IV – ті ж, що і на рисунку 2.3 | 
|
Підвищення зносостійкості за рахунок отримання дрібного безструктурного мартенситу і особливо аморфного стану досягається при індукційній, лазерній, електропроменевій обробці .
При наявності ударної дії при зносі треба враховувати ударостійкість. Вплив технологічних умов гартування на ударостійкість показано на схемах рисунках 2.5 а, б.
| Рисунок 2.5 – Вплив температури нагріву під гартування (а) і швидкості охолодження (б) на ударостійкість сталі: 1 – доевтектоїдна сталь, 2 – евтектоїдна сталь, 3 – заевтектоїдна сталь |
Гартування, як правило, є проміжною термічною обробкою. Після гартування проводиться відпуск загартованої сталі - нагрів в області температур нижче А1.
При відпуску змінюється опір пластичній деформації і інші властивості, які визначають зносостійкість (рисунок 2.6).
