Use materiais resistentes a alta pressão e cargas de choque.O atrito com altas pressões e carga de choque é característico para a operação de trilhos de veículos sobre esteiras, peças transversais de trilhos ferroviários, caçambas de escavadeiras e outros detalhes. Eles são feitos de aço austenítico com alto teor de manganês 110G13L, chamado Hadfield Steel, contendo aproximadamente 1% C e 13% Mn. A alta resistência ao desgaste deste aço é devida à capacidade da austenita de endurecer fortemente por tensão (endurecimento). Como o aço é mal usinado, as peças são obtidas por fundição (letra L na classe de aço) ou forjamento. O aço contém 0,9-1,4% de C, 11-15 Mn, 0,5-1% de Si e, após a fundição, possui a estrutura de austenita e manganês e carbonetos de ferro.
A resistência ao desgaste do aço 110G13L é máxima quando possui uma estrutura de austenita monofásica. Essa estrutura é fornecida pela têmpera em água de 1000 sobre C.Após o endurecimento, o aço apresenta uma dureza baixa. (HB2000) e alta viscosidade. Se esse aço sofrer apenas desgaste abrasivo durante a operação, não será resistente ao desgaste. Sob condições de choque, um grande número de defeitos na estrutura do cristal (deslocamentos, falhas de empilhamento) são formados na camada superficial do aço. Como resultado, a dureza da superfície sobe para HB6000 e o aço se torna resistente ao desgaste. No início do século XX, o aço era usado para barras de prisão, então eram chamadas Schwedische Gardinen - cortinas suecas. As grades eram uma barra de duas camadas, no meio estava o aço Hadfield. Ao tentar cortar a grade, a camada interna endureceu e mais cortes se tornaram impossíveis.
O desgaste associado à carga de choque da superfície também é observado durante a cavitação. Como são resistentes à cavitação, são utilizados aços com estrutura instável de austenita 08X18H10T, ZOKHYUGK e outros.Em ação por choque, a austenita desses aços sofre endurecimento e transformação martensítica parcial. O endurecimento da superfície do aço em condições operacionais dificulta a formação de fissuras por fadiga.
Aços grafitados.Eles contêm uma quantidade aumentada de C para 1,75% e silício para 1,6%. O silício é um elemento grafitizante. Parte do carbono após a grafitação do recozimento é liberada na forma de grafite (semelhante ao recozimento para produzir ferro dúctil). Após o tratamento térmico, a estrutura consiste em perlita granular com alguns pequenos precipitados esféricos de grafite. Com desgaste não abrasivo, a grafite desempenha o papel de um lubrificante, evitando o atrito e a configuração a seco. O aço ainda possui propriedades antivibração. O aço (EI293, EI336, EI366) é usado para matrizes, virabrequins, esferas, etc.
O termo "aço estrutural" refere-se a várias ligas utilizadas na fabricação de uma variedade de componentes, peças, estruturas e mecanismos na engenharia mecânica e no campo da construção. Os aços estruturais diferem de outros tipos por sua resistência especial.
Aços estruturais têm várias classificações. Em particular, eles podem ser divididos de acordo com o conteúdo de carbono e aditivos em carbono e dopados; por métodos de processamento (cimentados e melhorados), por designação - mola, rolamento. Uma categoria especial desses aços são as ligas resistentes ao desgaste, projetadas para trabalhar em condições extremamente difíceis, onde há alto desgaste abrasivo, resultado de deslizamentos e impactos.Essas ligas são desenvolvidas especificamente para máquinas e equipamentos que operam nas indústrias de mineração e serragem, para processamento de resíduos e sucata, na construção de estradas, lavoura, etc.
Aços resistentes ao desgaste devem ter dureza aumentada. Isso é alcançado de várias maneiras. Como regra, vários elementos de liga, em particular o manganês, são usados \u200b\u200bpara obter esse tipo de liga. Das ligas domésticas, esse aço é o aço com alto teor de manganês G13. Possui de 1 a 1,4% de carbono e de 12 a 14% de manganês em sua composição. Como este aço é austenítico, sua característica é não apenas a resistência ao desgaste, mas também a tendência ao endurecimento intenso.
Os aços com rolamentos de esferas foram projetados para operar em condições de maior desgaste por abrasão, resultantes de atrito por deslizamento e atrito por rolamento. Esses aços contêm aproximadamente 1% de carbono e até 1,5% de cromo. Essas ligas incluem aços domésticos ШХ6, ШХ9, ШХ15.
Destacam-se os aços de alta resistência, resistentes ao desgaste, fabricados pela SSAB Oxelosund AB, em particular a linha de ligas, unida sob o nome geral Hardox. Assim como os tipos acima mencionados de aços para rolamentos, os aços Hardox têm um alto teor de cromo. Por exemplo, na marca Hardox 500 de 1 a 1,5%, dependendo da espessura da folha. No entanto, o teor de carbono nessas ligas é muito menor. Certos tipos desta marca incluem apenas 0,2% C. A concentração de carbono afeta as características dos aços, como dureza e resistência. Embora as ligas Hardox sejam de baixo carbono, elas são altamente duráveis. Por exemplo, o aço Hardox 450 tem uma dureza de 425-475 HB e resistência à tração de 1400 MPa. O fabricante consegue isso aplicando vários métodos inovadores, por exemplo, manutenção da paz, purga com gases inertes no balde e também escolhendo matérias-primas de alto padrão. Nas fábricas da preocupação, em particular, o uso de minério com baixo teor de enxofre é praticado.
Na prática doméstica, o aço com alto teor de carbono e silício, o chamado aço grafitado, também é usado como uma liga resistente ao desgaste. A quantidade desses dois elementos varia de 1,3 a 1,75%. Devido à presença de silício, parte do carbono forma grafite. Essas ligas são usadas para eixos de fundição, produção de matrizes, calibres, moldes.
Aços com alto teor de manganês, como o G13, têm dureza inferior (essa característica é de aproximadamente 200-250 HB), mas refere-se a opções de baixo custo aços resistentes ao desgaste. Essa liga adquire resistência máxima ao desgaste após a têmpera em temperaturas de 1000 a 1100 ° C e resfriamento no ar. Esse aço pode ser usado para a produção de elos de trilhos de trator, travessas instaladas nas ferrovias.
O uso de aços resistentes ao desgaste é muito lucrativo e promissor em qualquer setor em que peças, montagens e outros produtos de ligas de aço sejam submetidos a cargas maiores. Portanto, todos os dias a demanda por tais aços está crescendo de forma constante e rápida.
O aço, dependendo da estrutura, pode ser disposto aumentando a resistência ao desgaste na seguinte ordem: Perlita + Ferrita; Perlita; Perlita + Cementita; Martensita; Martensita + Cementita.
Sob condições de desgaste por fadiga abrasiva ao choque, a estrutura martensítica do aço é a mais resistente ao desgaste; no entanto, os aços com alta dureza e baixa ductilidade sob condições de desgaste são propensos a lascas quebradiças. Nesse caso, o efeito de borda é manifestado - lascamento das partes periféricas da amostra.
Durante o desgaste, a estrutura metálica da camada ativa e suas propriedades são alteradas. O aquecimento local instantâneo do metal da superfície de atrito pode ser realizado e, ao sair do contato, o resfriamento pode ser realizado. Dependendo da combinação de processos mecânicos e térmicos e do grau de intensidade na estrutura, toda uma gama de transições pode ocorrer e, em particular, precipitação ou dissolução da fase em excesso, processos de difusão de ocorrência rápida que promovem mudanças locais na composição química e, como resultado, endurecimento ou revenimento secundário; processos de recristalização, coagulação e coalescência de carbonetos, etc. Parte desses processos, como recristalização e coagulação, leva a uma diminuição na resistência ao desgaste dos metais. Devido ao tempo muito curto durante o qual ocorre aquecimento e resfriamento, estruturas intermediárias de não equilíbrio podem se formar.
As principais estruturas secundárias formadas durante o atrito: austenita secundária é formada com base na estrutura martensítica inicial e geralmente na presença de austenita residual, possui uma microdureza maior que a original; martensita secundária - o produto de decomposição da austenita secundária, microdureza 850-925 kgf / mm 2 e superior, possui maior etchability; A "zona branca" - uma estrutura formada pela força pulsada local e pelo calor, possui uma microdureza alta de 900-1300 kgf / mm 2, não é gravada em um reagente convencional.
O grau de endurecimento das camadas depende da estrutura do aço. Por exemplo: o endurecimento das camadas superficiais da 45 com uma estrutura martensítica é de 25% e com a estrutura de ferrita + perlita 10%. Consequentemente, o maior endurecimento para a 45 é observado com uma estrutura martensítica. Aços de alto carbono com uma estrutura martensítica endurecem mais fortemente. Aparentemente, isso pode ser explicado pelo fato de que, além do endurecimento por deformação plástica, o endurecimento ocorre a partir da conversão de austenita residual em martensita e do endurecimento por dispersão da martensita.
Assim, a resistência ao desgaste de um metal é determinada não apenas pela estrutura do metal no estado inicial (antes do atrito), mas também pela estrutura formada como resultado de um conjunto de processos únicos que ocorrem durante o atrito.
Comparado à martensita, a austenita é uma estrutura menos resistente ao desgaste. No entanto, por ser muito mais viscosa, a austenita contribui para uma boa retenção de carbonetos. Nesse caso, as ligas com uma matriz austenítica instável são mais resistentes ao desgaste, uma vez que a austenita é convertida em martensita nas camadas superficiais durante o desgaste, geram tensões compressivas internas, precipitam carbonetos finamente dispersos ao longo de planos deslizantes, etc.
O estudo da influência de uma ampla gama de microestruturas dos aços 45, U8, U12,20X, 18KhGT, 12KhNZMA obtidos em várias condições de tratamento térmico na resistência ao desgaste mostrou o seguinte:
A resistência ao desgaste da perlita, sorbitol e troostita é determinada pelo grau de dispersão das partículas de cementita; quanto mais fina a estrutura de uma determinada composição química, maior a resistência ao desgaste do aço;
A resistência ao desgaste do componente martensítico é determinada pelo seu teor de carbono: quanto mais carbono, maior a resistência ao desgaste do aço. Um aço hipereutectoide com uma estrutura de martensita + excesso de carboneto tem menos resistência ao desgaste do que o mesmo aço com uma estrutura martensítica pura;
A presença de austenita residual na estrutura de aço não reduz sua resistência ao desgaste abrasivo, o que é explicado pela transformação da austenita em martensita altamente ligada em volumes sujeitos a desgaste abrasivo;
Na ausência de austenita residual na estrutura de aço, sua resistência ao desgaste é determinada pela resistência ao desgaste dos componentes estruturais, levando em consideração sua relação quantitativa;
Se mudanças estruturais ou transformações de fase ocorrerem no material da camada superficial durante o desgaste, a resistência ao desgaste será determinada pelas propriedades dos produtos finais de transformação.
A resistência dos componentes estruturais individuais de deformação plástica e fratura durante a exposição a micro-choques reflete os dados apresentados na tabela. 11.1
Quadro 11.1
Resistência de componentes estruturais de ferro-carbono
ligas de micro-impacto
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Estrutura |
Perda de peso da amostra por 10 horas de teste, mg |
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Não ligado Alloyed crómio - 25% molibdênio - 2% | |||
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Austenita |
Níquel - 25% (C - 0,82%) Níquel - 9% (cromo - 18%, Manganês - 12% (cromo - 14%, | ||
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Não ligado Alloyed crómio - 0,8% níquel - 1,5%; níquel - 1,5% molibdênio - 0,8%; crómio - 1,0% vanádio - 0,5% | |||
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Troostite |
Não ligado | ||
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Martensita (carbono acima de 1%) |
Não ligado Alloyed crómio - 12% vanádio - 0,8%; crómio - 12% molibdênio - 0,6%; crómio - 12% |
Cada tipo de matriz e fase de endurecimento é caracterizada por um valor limitador de energia, no momento da absorção do qual ocorre uma rachadura, ou o microvolume se afasta do monólito.
Estudos sobre a intensidade energética e a resistência ao desgaste de várias ligas mostraram que as ligas com uma matriz estável - ferrítica, austenítica - podem absorver, sem quebrar, uma pequena quantidade de energia. Eles têm baixa resistência ao desgaste, mesmo com um alto grau de liga e um teor significativo de carboneto. Ligas com base austenítica instável, capaz de transformar estruturas e fases, ao deformar a superfície com abrasivos durante o desgaste, são mais resistentes ao desgaste, pois a transformação causada pela exposição a abrasivos consome uma quantidade significativa de energia.
Entre os três grupos de compostos sólidos (carbonetos, boretos, nitretos), o que consome mais energia é o grupo carboneto. A capacidade de absorver energia sob carga mecânica é altamente desenvolvida em carbonetos e boretos com treliças fcc e hcp do tipo TaC, TiC, WC, NdB 2 e i2. Eles são inferiores aos carbonetos de silício, boro e todos os nitretos. Os carbonetos do tipo cimentita têm uma intensidade energética ainda mais baixa e, portanto, menor capacidade de resistir à destruição, enquanto os carbonetos de cromo são os que consomem menos energia.
É interessante estudar a mudança na resistência ao desgaste de aços e ligas com a introdução de diboretos de titânio, zircônio, háfnio com aumento de energia, fratura e energia livre de formação em comparação com outros boretos e nitretos.
Boretos de metais dos grupos IV-VI A do grupo do sistema periódico de elementos apresentam altos pontos de fusão, dureza e módulo de elasticidade.
Sabe-se que na presença de pontos singulares em diagramas binários, por exemplo, máximos, são encontrados grupos em fundidos com composição semelhante a compostos de fusão congruentes. Quanto mais alta a temperatura de fusão desses compostos, mais nítidos são os máximos, mais fortes são as ligações entre os átomos dos elementos que compõem esses grupos. Há evidências de que, se dois elementos formam compostos fortes entre si, estando em um estado dissolvido em ferro líquido, eles podem se combinar em grupos semelhantes às moléculas desse composto. Assim, por exemplo, no diagrama de estados Mn-P, o máximo é claramente expresso para a composição correspondente ao composto Mn3-P2. A presença de manganês nas ligas de Fe - H, Fe - C - P e Fe - C - P - O altera substancialmente a natureza da solução que o fósforo deixa de ser um elemento ativo na superfície. Está tão firmemente ligado ao manganês em grupos, provavelmente semelhante às moléculas de Mn 5 P2, que afeta até sua capacidade de oxidação.
O boro é conhecido como um elemento que forma numerosos compostos com vários metais. O alto ponto de fusão e a forma dos máximos dos boretos Ti, Zr, Hf e, principalmente, o tipo MnB 2 indicam sua alta resistência. Para dar uma idéia da força dos boretos de metais de transição dos períodos IV e V, a Tabela 11.2 mostra os dados sobre a magnitude da mudança no potencial isobárico-isotérmico de sua formação a partir de componentes disponíveis na literatura técnica. Para comparação, a tabela mostra dados sobre boretos, óxidos e nitretos.
Tabela 11. 2
Mudança no potencial isobárico-isotérmico da educação
a 1900 K, o ponto de fusão de boretos, óxidos e nitretos
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Ligação |
Alterar isobárico potencial isotérmico |
Ponto de fusão |
Fontes |
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Kulichkov 4 Voitovich 5 Voitovich 5 |
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Kulichkov 6 Voitovich 5 Kulichkov 4 Voitovich 5 |
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A partir dos dados da Tabela 11.2, segue-se que, a uma temperatura de 1900 K, as mudanças no potencial isobárico-isotérmico da reação da formação de boretos de Ti são maiores em valor negativo do que nas reações da formação de nitretos e se aproximam do valor de 1900 da reação da formação de TiO 2. Considerando que existem dados confiáveis \u200b\u200bsobre a liberação de nitreto e óxido de titânio diretamente no aço fundido, pode-se supor que os boretos de Ti e Zr podem ser formados em um metal líquido quando combinados no metal fundido em razões de concentração correspondentes aos boretos de TiB 2 e ZrB 2 mais estáveis.
A partir dos diagramas de estado do boro com elementos de ferro e liga, segue-se que o boro tem uma solubilidade muito baixa nesses metais e forma um boro com pouco boro, uma eutética com um ponto de fusão suficientemente alto, nas seções do diagrama de estados. Essa eutética, não sujeita a transformações estruturais que causam fragilização do aço: a temperaturas elevadas, aumentando a resistência ao calor de aços austeníticos e diminuindo sua tendência à fissuração por corrosão, é uma fase de endurecimento em aços e ligas austeníticas com alta concentração de boro. Uma comparação das propriedades dos boretos com as propriedades dos carbonetos e nitretos mostra que os boretos apresentam índices de dureza mais altos, resistência à oxidação em altas temperaturas e também resistência ao desgaste. Essa combinação de propriedades é devida às características da estrutura cristalina e à força das ligações interatômicas; ao contrário dos carbonetos e nitretos, que são caracterizados por ligações do tipo metal ou completo, os átomos de boro formam reticuladas contínuas principalmente com uma ligação covalente. A estrutura e as propriedades das ligas de metais de transição com boretos foram pouco estudadas. Os estudos de Tikhonovich estabeleceram a existência de uma dependência das propriedades antifricção das propriedades físico-mecânicas das ligas. Portanto, deve haver uma correlação entre as propriedades antifricção das ligas e seu diagrama de estados.
O ferro com diboreto de titânio forma um diagrama de estados do tipo eutético. A eutética derrete a 1250 ° C e contém 1,5-2% molar de TiB2.
A resistência ao desgaste foi determinada em ligas em condições fundidas e recozidas. Além disso, o tratamento térmico não afetou a resistência ao desgaste, provavelmente devido à baixa solubilidade dos diboretos no ferro e ao aumento da resistência ao calor.
Em todos os sistemas estudados (Fe-Ti (Zr) -B), foi observada a mesma regularidade de alteração no valor do coeficiente de atrito. O valor mínimo do coeficiente de atrito é adquirido pelo sistema no caso de ligas de composição eutética. O desvio da composição da liga na região hipereutética ou hipereutética leva a um aumento no coeficiente de atrito.
Ao mesmo tempo, o aparecimento de fases intersticiais que fazem parte da eutética leva a uma diminuição no desgaste e, quando uma certa fração da fase sólida na estrutura da liga (fração de volume efetiva) é atingida, a taxa de desgaste é definida no mesmo nível e praticamente não muda com um aumento adicional na quantidade de sólido fase.
Essa mudança na taxa de desgaste pode ser explicada pelo fato de que, à medida que a fração volumétrica da fase sólida na estrutura da liga aumenta, a área de contato real é redistribuída entre a matriz e a fase de endurecimento. Em um determinado conteúdo da fração volumétrica da fase sólida, que depende da energia específica da fratura, quase todo contato com o contra-corpo ocorre através da fase sólida; portanto, um aumento adicional na quantidade da fase sólida não leva a uma mudança significativa na taxa de desgaste. Nas ligas estudadas, a fração volumétrica da fase boreto não excedeu 25%.
Nas ligas pré-eutéticas, os cristais primários de ferro formam dendritos sem forma. A fase boreto nessas ligas está presente como um componente da eutética.
Na liga eutética Fe-TiB 2, a fase boreto em cada colônia eutética é uma entidade única; em seção transversal - forma hexagonal.
Nas ligas hipereutéticas, os boretos formam excesso de cristais primários.
As fases primárias do boreto em todas as ligas são cercadas por uma eutética. Em todas as ligas estudadas, a eutética possui uma estrutura colonial. A fase de cristalização eutética nascente e, aparentemente, principal, é a fase boreto.
A combinação de uma matriz de metal macio com inclusões de boreto sólido em uma fração de volume bastante grande fornece às ligas maior resistência e resistência ao desgaste. Testes de ligas de ferro com diboreto de titânio para resistência ao desgaste em condições de atrito seco, juntamente com ferro fundido com cromo resistente ao desgaste, mostraram que a liga eutética tem alta resistência ao desgaste, 100 vezes maior que a resistência ao desgaste do ferro puro.
O desgaste total da amostra e do contra-corpo com a composição eutética possui valores mínimos proporcionais aos dados dos aços utilizados na indústria que operam em condições de atrito por deslizamento a seco.
Fig. 11.3 O padrão de mudanças no coeficiente de atrito e na taxa de desgaste durante o atrito deslizante nos sistemas Fe-TiB 2; Fe-ZrB 2; Fe-HfB 2
mas- esquema de seções polythermal;
b - mudança na taxa de desgaste;
em - alteração do coeficiente de atrito.
Recomenda-se que essas ligas sejam usadas para a fabricação de peças que operam sob atrito e corrosão deslizantes, fundindo sem tratamento térmico adicional ou qualquer outro processamento de amostra. Um pré-requisito para garantir alta resistência ao desgaste é obter uma estrutura dispersa do tipo eutético regular durante a cristalização.
Aços resistentes ao desgaste
Aços estruturais para fins especiais
Aço mola
– alto carbono contém 0,5 ... 0,8% C. Eles são usados \u200b\u200bpara molas, molas e outros elementos elásticos.
Tratamento térmico: endurecimento + revenimento médio. Estrutura - licença de troostita. Propriedades: altos limites de elasticidade, fluidez e resistência. Os aços mola a mola devem ter alta temperabilidade, ductilidade, tenacidade e resistência ao relaxamento.
Aço carbono: 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. São utilizados para molas de seção transversal pequena (até 10 mm), esses aços apresentam baixa resistência ao relaxamento.
Aços de liga leve. Os principais elementos de liga nos aços mola-mola são silício (1 ... 3% Si), manganês (~ 1% Mn), cromo (~ 1% Cr), vanádio (~ 0,15% V), níquel (até 1,7 % Ni). Eles são introduzidos para aumentar a temperabilidade, resistência ao relaxamento e resistência.
Aços de silicone: 55С2, 60С2А, 70С3А são utilizados para molas de automóveis, molas de automóveis. O silício aumenta a resistência do limite elástico da ferrita, a resistência ao escoamento, mas contribui para a descarbonetação e a grafitação. Essas desvantagens são eliminadas pela adição de Cr, V, W, Ni: 60С2ХА, 65С2ВА, 60С2Н2А. Esses aços são utilizados para grandes molas e molas pesadas.
O limite de resistência das molas deve ser aumentado em 1,5 ... 2 vezes por deformação plástica superficial: jato de água ou granalhagem.
Aço do rolamento de esferas usado para rolamentos (esferas, rolos, anéis). Οʜᴎ contenham uma média de 1% de carbono, os aços devem ter alta dureza, resistência ao desgaste, resistência ao contato e resistência à abrasão.
O aço ШХ15 contém ~ 1% С e 1,5% Cr. Tratamento térmico: têmpera em óleo a uma temperatura de 820 ... 850 ° C + baixa têmpera a 150 ... 170 ° C. A estrutura é martensita e carbonetos dispersos. O aço Г15СГ contém adicionalmente 0,8% Si e 1,2% Mn para aumentar a temperabilidade e é usado para rolamentos grandes.
Aço austenítico resistente ao desgaste de Hadfield 110Г13Л contém 1,1% C, 13% Mn, (L - Fundição). Estrutura após a fundição: austenita ligada + carbonetos (Fe, Mn) 3С. Para dissolver carbonetos quebradiços e obter uma estrutura austenítica uniforme, o aço é temperado em água a uma temperatura de 1100 ° C.
O aço tem alta resistência ao desgaste sob desgaste dinâmico devido à capacidade da austenita de esticar o endurecimento (endurecimento). Durante as cargas de choque na camada superficial, os carbonetos de manganês são liberados ao longo dos limites do grão de austenita. Isso leva ao esgotamento da austenita com elementos de carbono e liga. Como resultado, as temperaturas de MN e MK aumentam, a austenita se transforma parcialmente em martensita, o que aumenta a dureza e a resistência ao desgaste.
Aplicação: trilhos de veículos rastreados, caçambas para escavadeiras, cruzamentos ferroviários, etc.
Aços resistentes ao desgaste - conceito e tipos. Classificação e características da categoria "Aços resistentes ao desgaste" 2014, 2015.
Palestra 18
Aços estruturais. Classificação de aços estruturais.
Classificação de aço
Aço carbono.
Aços de Cimento e Melhoria
Aços cimentados.
Aço melhorado.
Aços de alta resistência, com mola, rolamentos de esferas, resistentes ao desgaste e automáticos
Aços de alta resistência.
Mola de aço.
Aço de rolamento de esferas.
Aço para produtos de baixa temperatura
Aços resistentes ao desgaste.
Aço automático.
Classificação de aço
Os aços para construção de máquinas destinam-se à fabricação de várias partes de máquinas e mecanismos.
Eles são classificados:
composição química (carbono e liga);
processamento (cimentado, melhorado);
com hora marcada (mola, rolamento de esferas).
Aço carbono.
Aços de baixo carbono05 kp, 08, 10, 10 ps têm baixa resistência e alta ductilidade. Eles são usados \u200b\u200bsem tratamento térmico para a fabricação de peças com carga leve - arruelas, juntas, etc.
Aços de carbono médio35, 40, 45 são aplicados após normalização, melhoria térmica, endurecimento da superfície.
Em um estado normalizado, em comparação com um estado de mau humor, eles têm maior força, mas menos ductilidade. Após a melhoria térmica, é observada a melhor combinação de propriedades mecânicas. Após o endurecimento da superfície, eles têm alta dureza superficial e resistência ao desgaste.
Aços de alto carbono60, 65, 70,75 são usados \u200b\u200bcomo primavera-primavera após férias médias. Em condições normalizadas - para rolos de rolamento, eixos da máquina.
As vantagens dos aços com qualidade de carbono são de baixo custo e capacidade de fabricação. Porém, devido à baixa temperabilidade, esses aços não fornecem o conjunto necessário de propriedades mecânicas em peças com seção transversal superior a 20 mm.
Aços de Cimento e Melhoria
Aços cimentados.
Usado para a fabricação de peças que trabalham com desgaste e estão expostas a cargas variáveis \u200b\u200be de choque. As peças devem combinar alta resistência e dureza superficial com viscosidade suficiente do núcleo.
Aços de baixo carbono com um teor de carbono de até 0,25% são cimentados, o que possibilita a obtenção de um núcleo viscoso. Para peças que operam sob cargas pesadas, são utilizados aços com alto teor de carbono (até 0,35%).
Com o aumento do teor de carbono, a força do núcleo aumenta e a viscosidade diminui. As peças sofrem cianetação e nitrocarbonetação.
Aços carbono carbono 15,20,25eles são utilizados para a fabricação de peças pequenas que trabalham sob condições de desgaste com baixas cargas (buchas, rolos, eixos, pernos, etc.). A dureza na superfície é de 60 a 64 HRC, o núcleo permanece macio.
Aços de liga cimentadausado para peças maiores e com carga pesada nas quais, além da alta dureza da superfície, é necessário ter um núcleo suficientemente forte (acoplamentos de came, pistões, dedos, buchas).
Os aços cromados 15X, 20X são utilizados para a fabricação de pequenos produtos de forma simples, cimentados a uma profundidade de h \u003d 1 ... 1,5 mm. Ao temperar com resfriamento em óleo, realizado após a cimentação, o núcleo possui uma estrutura bainítica. Como resultado, os aços de cromo têm propriedades de resistência mais altas, com um pouco menos de ductilidade no núcleo e maior resistência na camada cimentada.
A liga adicional de aços de cromo com vanádio (aço 15KhF) contribui para a produção de grãos mais finos, o que melhora a ductilidade e a tenacidade.
O níquel aumenta a profundidade da camada cimentada, evita o crescimento de grãos e a formação de uma rede grossa de cementita e tem um efeito positivo nas propriedades do núcleo. Os aços de níquel-cromo 20XH, 12XH3A são utilizados na fabricação de peças de tamanhos médios e grandes, trabalhando para desgaste em altas cargas (engrenagens, eixos estriados). A liga simultânea com cromo e níquel, que se dissolve em ferrita, aumenta a resistência, a ductilidade e a viscosidade do núcleo e da camada cimentada. Eles se tornaram um pouco sensíveis ao superaquecimento. A alta estabilidade da austenita super-resfriada nas transformações perlíticas e intermediárias fornece alta temperabilidade dos aços níquel-cromo e permite a têmpera de grandes peças com resfriamento a óleo e ao ar.
O aço, adicionalmente ligado com tungstênio ou molibdênio (18Kh2N4VA, 18Kh2N4MA), é usado para a fabricação de grandes peças pesadas. Esses aços são os melhores aços estruturais, mas a deficiência de níquel limita seu uso.
Os aços cromomanganeses são usados \u200b\u200bem vez dos aços caros de cromo-níquel; no entanto, esses aços são menos resistentes ao superaquecimento e têm uma viscosidade mais baixa. A introdução de uma pequena quantidade de titânio (0,06 ... 0,12%) reduz a tendência de superaquecimento do aço (aço 18KhGT, 30KhGT).
Para aumentar a resistência, é usado o dopagem com boro (0,001 ... 0,005%) 20XGR, mas o boro promove o crescimento de grãos durante o aquecimento.
Aço melhorado.
Os aços submetidos a melhorias térmicas são amplamente utilizados na fabricação de várias peças, operando em condições estressantes difíceis (sob a influência de várias cargas, incluindo variáveis \u200b\u200be dinâmicas). Os aços adquirem uma estrutura de sorbitol que é bem suscetível a cargas de choque. A resistência à fratura frágil é importante.
Aços de carbono médio com um teor de carbono de 0,30 ... 0,50% estão sujeitos a melhorias.
Aços de carbono aprimorados35, 40, 45 são baratos, são usados \u200b\u200bpara produzir peças que sofrem de tensão leve (aço 35) e peças que exigem resistência maior (aço 40, 45). Porém, a melhoria térmica desses aços fornece um alto complexo de propriedades mecânicas apenas nos detalhes de uma pequena seção, uma vez que os aços têm baixa temperabilidade. O aço desse grupo pode ser usado em um estado normalizado.
Peças que requerem alta dureza superficial com núcleo viscoso (engrenagens, eixos, eixos, buchas) são endurecidas por correntes de alta frequência. Para aliviar o estresse, passe umas férias baixas.
Aços de liga aprimorados.
Aços de liga aprimorados são usados \u200b\u200bpara peças críticas maiores e mais pesadas. O aço possui o melhor complexo de propriedades mecânicas: maior resistência, mantendo viscosidade e ductilidade suficientes, abaixo do limiar de fragilidade a frio.
Aço cromado30X, 40X, 50X são usados \u200b\u200bpara a fabricação de pequenas peças de tamanho médio. Esses aços são propensos à fragilidade do revenido, portanto o resfriamento deve ser rápido após o revenimento.
Um aumento na temperabilidade é obtido através da microligagem com boro (35XP). A introdução de vanádio no aço aumenta significativamente a viscosidade (40XFA).
Chrome Silicon(33XC) e manganês de silício e cromo (cromansil)Os aços (25HGSA) possuem alta resistência e tenacidade moderada. Os aços Chromansil possuem alta capacidade de soldagem, a partir da qual são feitos conjuntos de solda a topo, suportes, elementos de fixação e outros detalhes. Amplamente utilizado no setor automotivo e na aviação.
Aço níquel-cromo45ХН, 30ХН3А são caracterizados por boa temperabilidade, resistência e tenacidade, mas são sensíveis à fragilidade reversível da têmpera. Para reduzir a sensibilidade, é introduzido molibdênio ou tungstênio. Vanádio ajuda a cortar grãos.
Os aços 36Kh2N2MFA, 38KhN3VA etc. possuem as melhores propriedades, pertencem à classe martensítica, amolecem fracamente quando aquecidos a 300 ... 400 o C. Eixos e rotores de turbinas, peças pesadas de caixas de engrenagens e compressores são feitos deles.
Aços de alta resistência, com mola, rolamentos de esferas, resistentes ao desgaste e automáticos
Aços de alta resistência.
O aço de alta resistência é chamado de uma resistência à tração de mais de 1500 MPa, o que é alcançado pela seleção da composição química e pelo tratamento térmico ideal.
Este nível de força pode ser obtido em aços de liga de carbono médio,(30KHGSN2A, 40KHN2MA), usando a têmpera com baixa têmpera (a uma temperatura de 200 ... 250 o C) ou a têmpera isotérmica para obter a estrutura da bainita inferior.
Após o endurecimento isotérmico, os aços de liga de médio carbono apresentam resistência levemente menor, mas maior ductilidade e resistência. Portanto, eles são mais confiáveis \u200b\u200bem operação do que temperados e com baixa temperatura.
Em um alto nível de resistência, os aços de carbono médio temperados e de baixa têmpera são altamente sensíveis aos concentradores de tensão, propensos a fraturas quebradiças e, portanto, recomenda-se usá-los para operação em condições de carregamento suave.
A liga com tungstênio, molibdênio e vanádio complica os processos de amolecimento a uma temperatura de 200 ... 300 o C, contribui para a produção de grãos finos, diminui o limiar de fragilidade ao frio e aumenta a resistência a fraturas quebradiças.
Alta resistência também pode ser obtida através do processamento termomecânico.
O aço 30KhGSA, 38KHN3MA, após tratamento termomecânico de baixa temperatura, possui uma resistência à tração de 2800 MPa, o alongamento e a resistência são dobrados em comparação ao tratamento térmico convencional. Isso se deve ao fato de que a evolução parcial de carbono da austenita durante a deformação facilita a mobilidade das deslocações dentro dos cristais de martensita, o que contribui para um aumento da ductilidade.
Maraging steel(03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ) são superiores em resistência estrutural e capacidade de fabricação em aços de liga de médio carbono. Eles têm baixa sensibilidade a entalhes, alta resistência a fraturas quebradiças e um baixo limiar de fragilidade ao frio com uma força de cerca de 2000 MPa.
Os aços maraging são ligas de carbono sem carbono de ferro com níquel (8 a 25%), adicionalmente ligadas com cobalto, molibdênio, titânio, alumínio, cromo e outros elementos. Devido ao alto teor de níquel, cobalto e baixa concentração de carbono como resultado da têmpera na água ou no ar, uma martensita de níquel-ferro altamente plástica, mas de baixa resistência, é supersaturada com elementos de liga. O endurecimento principal ocorre durante o envelhecimento a uma temperatura de 450 ... 550 o C, devido à liberação de fases finamente dispersas, coerentemente associadas a ele a partir da matriz martensítica. Os aços envelhecidos para maraging têm alta resistência estrutural na faixa de temperatura de criogênica a 500 o C e são recomendados para a fabricação de carcaças de motores de foguetes, barris de artilharia e armas de pequeno calibre, carcaças submarinas, batis-capas, discos de turbomáquinas, engrenagens, eixos, minhocas, etc. d.
Mola de aço.
Molas, molas e outros elementos elásticos são as partes mais importantes de várias máquinas e mecanismos. No trabalho, eles experimentam várias cargas variáveis. Sob a ação da carga, as molas e molas são deformadas elasticamente e, após o término da carga, elas restauram sua forma e tamanho originais. Uma característica do trabalho é que, sob cargas estáticas e de impacto significativas, elas devem sofrer apenas deformação elástica, não sendo permitida deformação permanente. Os principais requisitos para os aços de mola são garantir altos valores de elasticidade, resistência ao escoamento, resistência, além da plasticidade e resistência necessárias à fratura frágil, resistência ao relaxamento da tensão.
As molas trabalham no campo das deformações elásticas quando é observada proporcionalidade entre a tensão e a tensão efetivas. Com operação prolongada, a proporcionalidade é violada devido à transição de uma parte da energia de deformação elástica para a energia de deformação plástica. As tensões são reduzidas.
A redução espontânea de estresse com tensão total constante é denominada relaxamento do estresse.
O relaxamento reduz a elasticidade e a confiabilidade das molas.
As molas são feitas de aços estruturais de carbono (65, 70) e de liga (60С2, 50ХГС, 60С2ХФА, 55ХГР).
Para endurecer os aços ao carbono da mola, a deformação plástica a frio é usada no tratamento por injeção e tratamento a jato de água, durante o qual as tensões residuais de compressão são induzidas na camada superficial das peças.
Valores elevados do limite elástico são obtidos após o resfriamento com um revenimento médio a uma temperatura de 400 ... 480 o C.
Para os aços utilizados para molas, é necessário fornecer uma capacidade de endurecimento para obter uma estrutura de troostita em toda a seção transversal.
As propriedades elásticas e de resistência dos aços de mola são obtidas com o endurecimento isotérmico.
Os aços de mola são ligados a elementos que aumentam o limite elástico - silício, manganês, cromo, tungstênio, vanádio e boro.
Para aumentar a resistência à fadiga, a descarbonetação durante o aquecimento sob a têmpera não é permitida e é necessária uma alta qualidade da superfície.
As molas e outros elementos para fins especiais são feitos de martensítico de alto cromo (30X13), martensítico de envelhecimento (03X12H10D2T), aço inoxidável austenítico (12X18H10T), austenítico-martensítico (09X15H8U), de alta velocidade (P18) e outros aços e ligas.
Aço de rolamento de esferas.
Estão expostos a altas cargas de natureza variável. Os principais requisitos são alta resistência e resistência ao desgaste, alto limite de resistência, ausência de concentradores de tensão, inclusões não metálicas, cavidades, segregações.
Os aços com rolamentos de esferas são caracterizados por um alto teor de carbono (cerca de 1%) e presença de cromo (ШХ9, ШХ15).
Um aumento adicional na temperabilidade é obtido com ligas adicionais com manganês e silício (ШХ15СГ).
Aumento dos requisitos em relação à pureza e uniformidade da distribuição de carbonetos; caso contrário, poderá ocorrer lascamento. O aço é submetido a um rigoroso controle metalúrgico quanto à presença de porosidade, inclusões não metálicas, malha de metal duro, segregação de metal duro.
O tratamento térmico inclui recozimento, endurecimento e revenido. O recozimento é realizado após o forjamento para reduzir a dureza e preparar a estrutura para o endurecimento. A temperatura de endurecimento é de 790 a 880 o C, dependendo do volume das peças. Arrefecimento em óleo (anéis, roletes), em uma solução aquosa de refrigerante ou sal (bolas). A têmpera do aço é realizada a uma temperatura de 150 ... 170 o C por 1 ... 2 horas. Dureza de 62 ... 66 NRC é fornecida.
Bolas e roletes de tamanhos pequenos são feitos de aço ShH9, os maiores são de aço ShH15.
Os detalhes dos rolamentos com altas cargas dinâmicas (rolamentos de laminação) são feitos dos aços 20Kh2N4A e 18KhGT, com subsequente cimentação profunda a uma profundidade de 5 ... 10 mm. Para peças de rolamentos que operam em ácido nítrico e outros ambientes agressivos, o aço 95X18 é usado.
Aço para produtos de baixa temperatura
Para produtos que operam em baixas temperaturas, é necessário usar aços com um limite baixo de resistência ao frio. Os limiares de temperatura de fragilidade a frio em aços contendo níquel são especialmente baixos. Os materiais eficazes são os aços de baixo carbono e baixa liga, com boa soldabilidade.
Na construção de estruturas metálicas, o maior efeito é alcançado ao usar aço temperado termomecanicamente.
Para garantir um alto complexo de propriedades mecânicas das peças da máquina, são utilizados aços de baixo carbono ligados a elementos que contribuem para o endurecimento da dispersão e a formação de uma estrutura de grão fino após o tratamento térmico, 10KHSND, 15G2SF, 12GN2MFAYU.
Para operação a temperaturas extremamente baixas, aços e ligas criogênicas são usados \u200b\u200bpara fazer recipientes para armazenar e transportar gases liquefeitos com um ponto de ebulição muito baixo (oxigênio –183 ° C, hidrogênio –253 ° C). Os principais materiais para trabalhar nessas condições são os aços austeníticos com alto teor de níquel de 10X14G14H4T, 10X18H10T, 03X20H16AG6.
Aços resistentes ao desgaste.
Para trabalhar em condições de desgaste, acompanhado de altas cargas específicas, é utilizado aço com alto teor de manganês 110G13L, tendo em sua composição 1 ... 1,4% de carbono, 12 ... 14% de manganês. O aço tem uma estrutura austenítica e dureza relativamente baixa (200 ... 250 HB). No processo, quando o componente é submetido a altas cargas, que causam tensões no material que excedem a resistência ao escoamento, ocorre intensa rebitagem do aço e sua dureza e resistência ao desgaste aumentam. Ao mesmo tempo, o aço mantém alta viscosidade. Devido a essas propriedades, o aço é amplamente utilizado para a fabricação de caixas para moinhos de bolas, bochechas de britadores de pedra, cruzamentos de trilhos, trilhos de lagarta, viseiras de escavadeiras, etc.
A tendência ao endurecimento intenso é uma característica dos aços da classe austenítica.
Aço automático.
Os autômatos são chamados de aços com maior usinabilidade.
Uma técnica metalúrgica eficaz para aumentar a usinabilidade por corte é a introdução de enxofre, selênio, telúrio, cálcio no aço, que alteram a composição das inclusões não metálicas e o chumbo, que forma suas próprias inclusões.
O aço automático A12, A20, com alto teor de enxofre e fósforo, é utilizado para a fabricação de peças com carga leve em máquinas-ferramentas (cavilhas, parafusos, porcas, pequenas peças de costura, têxteis, contadoras e outras). Esses aços possuem usinabilidade aprimorada, a superfície das peças é limpa e lisa. A resistência ao desgaste pode ser melhorada com a cementação e o endurecimento.
Os aços A30 e A40G são projetados para peças com cargas mais altas.
Nos aços automáticos que contêm chumbo (AC11, AC40), a vida útil da ferramenta aumenta em 1 a 3 vezes e a velocidade de corte em 25 a 50%.
Os aços de cromo e níquel-cromo com adição de chumbo e cálcio (AC45G2, ACC30HM, AC20KHGNM) são utilizados para a fabricação de peças carregadas nas indústrias automotiva e de tratores.
Os aços automáticos são submetidos a recozimento por difusão a uma temperatura de 1100 ... 1150 o C para eliminar a segregação de enxofre.