Износостойкая высокомарганцовистая аустенитная сталь 110Г1ЗЛ

Устойчивость против износа достигается обычно получением высокой поверхностной твердости, поэтому используют высокоуглеродистые стали, подвергаемые закалке и низкому отпуску. Однако при работе с ударами из-за высокой хрупкости детали из таких сталей быстро разрушаются. Существует аустенитная сталь, которая в условиях обычного трения, сопровождаемого большим удельным давлением при низкой твердости (НВ 2000 – 2500 МПа), обладает высокой износостойкостью. Это сталь 110Г13Л, содержащая 0,9 – 1,3 % С, 11,5 – 14,5 % Мn (получена немецким ученым Гадфильдом в 1862 г.).

Сталь применяют в литом (буква Л в обозначении) реже – в горячедеформированном виде. Структура стали после литья состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe, Мn)₃С, выделяющихся по границам зерен (рис. 4.5, а), что снижает прочность и вязкость стали.

а	б

Рис. 4.5. Микроструктура стали 110Г13Л : а – после литья (аустенит и карбиды по границам зерен); б – после закалки от 1100 °С (аустенит)

Для повышения прочности и пластичности литые изделия подвергают закалке, состоящей в нагреве до температуры 1050–1100 °С с последующим охлаждением в воде. При таком высокотемпературном нагреве растворяются карбиды, и сталь после закалки приобретает более устойчивую аустенитную структуру (рис. 4.5, б).

Сталь обладает типичными для аустенитных сталей высокими механическими характеристиками (вязкостью и пластичностью при достаточно хорошей прочности: σ_b = 800 – 900 МПа;. σ_0,2 = 340 – 350 МПа; δ = 25 – 15 %; ψ= 30 – 20 %, НВ =1800 – 2200 МПа). Пластические свойства стали ухудшаются при нагреве выше 200–300 °С вследствие выделения карбидов.

При низкой твердости сталь Гадфильда обладает необычайно высокой износоустойчивостью при трении с давлением и ударами. Это объясняется повышенной способностью к наклепу (рис. 4.6), значительно большей, чем у обычных сталей с такой же твердостью.

Рис. 4.6. Влияние наклепа на твердость

Высокая упрочняемость стали Гадфильда является результатом наклепа (искажение кристаллической решетки, дробление блоков мозаики). При равной степени деформации блоки мозаики в стали Гадфильда дробятся в большей степени, чем в других, в том числе и аустенитных сталях. Чем обусловлены такие специфические свойства марганцовистого аустенита, точно не установлено. Высокая вязкость аустенита, наряду с достаточной прочностью и износоустойчивостью, делает сталь 110Г13Л незаменимым материалом для деталей, работающих на износ и удар одновременно. Из стали изготавливают зубья черпаков экскаваторов, траки гусениц тракторов, трамвайные крестовины, детали камнедробилок и другие, где трение сопровождается ударами и большими давлениями. При абразивном износе, когда наклеп отсутствует, сталь Гадфильда не имеет существенных преимуществ в отношении износоустойчивости перед другими сталями той же твердости.