Способ оценки износостойкости сталей

 

Сущность изобретения: на образцы из исследуемых сталей с разными структурными состояниями воздействуют растягивающей нагрузкой до разрушения и определяют зоны - предшествующую месту разрушения и не подверженную деформации, для этих зон определяют значения микротвердостей Нр и Но соответственно, определяют относительное упрочнение ΔH[(Hp-Ho)/Ho]×100 %, которое выбирают в качестве параметра физико-механической характеристики, и строят графическую зависимость И = f(ΔH),, где износостойкость определяют по известной методике, значения износостойкости И для заданных значений ΔH находят по этой зависимости. Осуществление предложенного способа позволяет получить значения износостойкости для других марок сталей по параметру ΔH,, используя зависимость И = f(ΔH) не проводя трудоемких испытаний на изнашивание, расширить спектр оцениваемых классов сталей и повысить эффективность оценки износостойкости сталей при ударе по абразиву. 2 ил.

Изобретение относится к трибологии, в частности к методам прогнозирования износостойкости сталей, и может быть использовано в машиностроении при выборе и оценке их работоспособности.

В трибологии при оценке износостойкости сталей в условиях удара по абразиву известен способ определения износостойкости при лабораторных испытаниях, моделирующих ударно-абразивное изнашивание (1). Однако эти испытания очень трудоемкие и требуют специального оборудования.

Поэтому износостойкость определяют методом косвенной оценки, например, по показателю сопротивления сталей срезу. Наиболее близким техническим решением является способ оценки износостойкости сталей перлитного класса при ударе по абразиву по показателю сопротивления стали срезу (2), при котором проводят испытания на срез образцов, регистрируя максимальное усилие Р_max, вычисляют по известной формуле сопротивление срезу t_ср и строят зависимость U f(t_ср, где определяют износостойкость И известным способом. По этой зависимости судят об износостойкости стали при ударе по абразиву.

Однако известный способ имеет следующие недостатки.

Определение сопротивления срезу достаточно трудоемко и позволяет оценивать износостойкость сталей только перлитного класса, хотя в машиностроении используется широкий спектр сталей мартенситного, карбидного, аустенитного и др. классов сталей.

Данным изобретением решается задача уменьшения трудоемкости оценки износостойкости сталей при ударно-абразивном изнашивании и расширения спектра сталей, износостойкость которых может быть определена косвенным методом. Указанная задача решается тем, что согласно предлагаемому способу оценки износостойкости при ударе по абразиву на образец воздействует растягивающая нагрузка до разрушения и определяют зоны предшествующую месту разрушения и не подверженную деформации, для этих зон определяют значения микротвердостей Н_p и H_o соответственно, определяют относительное упрочнение ΔH[(Hp-Ho)/Ho]×100 %, которое выбирают в качестве параметра физико-механической характеристики и строят графическую зависимость И = f(ΔH),, а значения износостойкости и для заданных значений ΔH определяют по этой зависимости.

Предлагаемый способ отличается от известного тем, что определяется показатель "относительное упрочнение" ΔH, для чего по стандартной методике испытывают образцы на растяжение. Вырезают по оси симметрии от места разрыва к головке электроэрозионным способом часть образца (фиг. 1). Электрохимическим шлифованием и последующим полированием на плоскости А готовится микрошлиф. Такая методика изготовления микрошлифа позволяет сохранить свойства сталей, полученные при растяжении. Методом микротвердости измеряют микротвердость в зоне, где деформация не произошла, "исходная микротвердость" Н_o, и в зоне, максимально приближенной к линии разрыва "предельная микротвердость" Нр (фиг. 1). Строится зависимость И = f(ΔH) износостойкость определяется по известной методике, и по ней судят об износотстойкости сталей при ударе по абразиву (фиг.2).

Изучение механизма ударно-абразивного изнашивания показывает, что металл претерпевает изменения от некоторого исходного до предельного состояния, предшествующего разрушению. Показатель "относительное упрочнение" ΔH учитывает как исходное, так и предельное состояние металла и отражает закономерности механизма ударно-абразивного изнашивания сталей различных структурных классов.

Техническим результатом предложенного способа является получение зависимости между износостойкостью сталей и косвенной характеристикой - величиной относительного упрочнения ΔH для различных классов сталей в разных структурных состояниях. Эта зависимость выражается на графике в виде прямой линии, что позволяет не проводя испытаний на изнашивание определять износостойкость сталей по показателю "относительное упрочнение", по сравнению с известным способом расширить ассортимент марок оцениваемых сталей, т.е. тех, износостойкость которых требуется определить, повысить эффективность оценки износостойкости сталей при ударе по абразиву.

На фиг. 1 представлена схема микрошлифа и показаны зоны замеров микротвердости Н_p и Н_о; на фиг. 2 зависимость И=f(ΔH)..

Предлагаемый способ оценки износостойкости сталей при ударе по абразиву реализован следующим способом. Из основных четырех структурных классов сталей перлитного, мартенситного, карбидного, аустенитного, взяты четыре марки стали соответственно 45, 40Х13, Р6М5, 12Х18Н10Т. Из этих сталей изготавливались образцы на растяжение (ГОСТ 1497-84). Для получения разных структурных состояний образцы подвергали закалке и отпуску при 100, 200, 300, 400, 500, 600^oC. После этого испытывали образцы на растяжение. На одну из половинок разоpванного образца по оси симметрии от места разрыва к головке образца электроэрозионным способом вырезали пластину. Затем электрохимическим шлифованием и полированием на поверхности среза достигается высокая чистота. Такая методика изготовления микрошлифа позволила сохранить свойства металла, полученные при растяжении. Состояние металла оценивалось методом микротвердости на приборе ПМТ-3. Состояние металла перед разрушением Н_p оценивалось в зоне, максимально приближенной к излому. Измерения вели параллельно линии излома. Состояние металла исходное оценивалось в зоне, где деформация не произошла. Измерения проводились перпендикулярно оси симметрии образца. За результат измерений в обоих случаях принималось среднее арифметическое. Характеристика, учитывающая как исходное, так и предельное состояние, "относительное упрочнение" ΔH рассчитывалась по формуле ΔH[(Hp-Ho)/Ho]×100 %, где где ΔH относительное упрочнение, Н_p предельная микротвердость, МПа; Н_о исходная микротвердость, МПа.

Износостойкость определялась по известной методике (ГОСТ 23.207-79). Для всех значений отпуска оцениваемых сталей строилась функция И = f(ΔH). Результаты конкретных примеров осуществления предлагаемого способа отражены на предлагаемом графике, где расположены значения сталей 45, Р6М6, 40х13, 12х18Н10Т при различных температурах отпуска, соответственно обозначенные °, Δ, ×, ·.. Максимальные значения относительного упрочнения ΔH, как и износостойкости И соответствуют одному структурному состоянию. На графике видно, какое место занимает та или иная стали при различных температурах отпуска, что позволяет экономически целесообразно выбирать сталь и назначать режим термообработки. Функция формулы И = f(ΔH) имеет линейную зависимость. Из графика видно, что большему значению износостойкости соответствует большее значение относительного упрочнения ΔH. Таким образом, большим значением ΔH и износостойкости обладает сталь 40х13 при температуре отпуска 400^oC, несколько меньшее значение относительного упрочнения и износостойкости имеет сталь 45 при температуре отпуска 200^oC. Поэтому лучше использовать эту сталь, так как она дешевле и энергозатраты на ее термообработку значительно ниже. Предлагаемый способ оценки износостойкости реализовывался следующим образом. Для примера изготавливались образцы на растяжение из стали У8А перлитного класса, подвергались закалке и отпуску при температурах 300, 600^o. Испытывались на растяжение. Затем изготавливался микрошлиф и измерялись значения микротвердости при температуре отпуска 300^oC; Н_o 6500 МПа, Н_p 10340 МПа, при температуре отпуска 600^oC: Н_o 2900 МПа, Н_p 4147 МПа. По формуле ΔH[(Hp-Ho)/Ho]×100 % вычислялось значение относительного упрочнения ΔH::
По оси абсцисс откладывали полученные значения ΔH (фиг. 2), проводили перпендикуляр до пересечения с прямой. Проецировали на ось ординат и получали значения износостойкости при температуре отпуска 300^oC; И 100 мг^-1, при температуре отпуска 600^oC: И 71 мг^-1.

Предлагаемый способ оценки износостойкости сталей при ударе по абразиву может быть реализован в любой заводской металлографической лаборатории.

Использование предлагаемого способа оценки износостойкости сталей при ударе по абразиву обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
1. Наличие линейного закона и корреляция для всех классов сталей позволяет оптимально выбирать ту или иную сталь для работы в условиях удара по абразиву не проводя трудоемких испытания на изнашивание.

2. Возможность оценки структурного состояния сталей позволяет задавать нужный режим термической обработки и экономить энергоресурсы.

3. Предлагаемый способ доступен в инженерной практике в плане простоты методики и наличия приборов и оборудования, что существенно влияет на повышение производительности труда.

Формула изобретения

1. Способ оценки износостойкости сталей, при ударе по абразиву, заключающийся в том, что на образцы из исследуемых сталей с разными структурными состояниями воздействуют ударной нагрузкой и определяют параметры физико-механических характеристик и соответствующие им значения износостойкости И, отличающийся тем, что после определения значений износостойкости И на образцы воздействуют растягивающими нагрузками до разрушения и определяют зоны предшествующую месту разрушения и не подверженную деформации, для этих зон определяют значения микротвердостей Н_р и Н₀ соответственно, определяют относительное упрочнение
Н Н_р [(Н_р Н₀) / Н₀] х 100%
которое выбирают в качестве параметра физико-механической характеристики и строят графическую зависимость И=f(ΔH), а значения износостойкости И для заданных значений ΔH определяют по этой зависимости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения микротвердостей определяют на части образца, вырезанной по оси симметрии в направлении от места разрыва к захватной части и подвергнутой электрохимическому шлифованию и полированию.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что часть образца вырезают электроэрозионным способом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2