Что такое графитизированная сталь
Графитизированная сталь обладает повышенной износостойкостью, причем в некоторых условиях более высокой, чем у стали Г13Л, и пониженным коэффициентом трения при сухом трении по мягкой стали. Благодаря пониженной склонности к схватыванию при обработке стали, графитизирован-ную сталь применяют для изготовления штампов холодной штамповки. [18]
Графитизированная сталь обладает высокой стойкостью против износа. Графит в структуре стали получается за счет частичного разложения цементита, поэтому графитизирующиеся стали должны содержать высокий процент углерода и кремний ( в качестве легирующих примесей), повышающий способность стали к графитизации. [20]
Графитизированная сталь обладает высокой стойкостью против износа. Графит в структуре получается за счет частичного разложения цемента, поэтому графитизирующиеся стали должны содержать высокий процент углерода и кремний ( в качестве легирующих примесей), повышающий способность стали к графитизации. [21]
Графитизированную сталь применяют при изготовлении штампов, матриц, волок, ножей, сепараторов подшипников качения, втулок подшипников скольжения, коленчатых валов, шаров, бил, бронеплит, кожухов и лопастей дробеструйных аппаратов, сопел пескоструйных аппаратов, зубчатых колес, тормозных колодок и ряда других деталей. [22]
Графитизированной сталью называется углеродистая или легированная сталь, обычно заэвтектоидная, в которой часть углерода находится в свободном состоянии в виде включений графита той или иной формы. В процессе изнашивания графитные включения, выходящие на поверхность трения, легко расщепляются по плоскостям спайности, образуя тончайшие пластинки, заполняющие неровности трущихся поверхностей и предотвращающие сухое трение металла о металл и схватывание. Графитизированная сталь отличается износостойкостью, высокими антифрикционными свойствами и способностью поглощать колебания. Одновременно она обладает комплексом высоких технологических качеств ( жидкотекучесть, малая усадка, ковкость, легкая обрабатываемость) и хорошими прочностными и пластическими свойствами. [23]
Закаленная графитизированная сталь благодаря включениям графита, играющим роль смазки, не схватывается с мягкой усталью и отличается от обычных инструментальных и штамповых сталей низким коэффициентом трения ( фиг. Поэтому она отличается высокой износостойкостью в условиях истирания с высокими удельными давлениями. Просечные штампы из графитизированной стали ЭИ336, закаленные с 830 - 850 С в масле и отпущенные в течение 4 час. Присутствие графита исключает сухое трение и налипание штампуемого металла на вытяжные штампы. [24]
Литая графитизированная сталь является высокоуглеродистой с повышенным содержанием кремния и углеродом в форме графита. [25]
Отожженная графитизированная сталь хорошо обрабатывается резанием. [26]
Закаленная графитизированная сталь отличается высокой износоустойчивостью в условиях трения с высокими удельными давлениями. [28]
Отожженная графитизированная сталь хорошо обрабатывается резанием. [29]
В Графитизированной стали , предназначенной для замены бронзы, содержание кремния повышают до 2 00 - 2 15 % с целью ускорения процесса графитизации и улучшения антифрикционных свойств. Медь способствует графити-зации и улучшает жидкотекучесть. Алюминий также способствует графитизации. Вольфрам и молибден уменьшают величину зерна и улучшают свойства по сечению. Марганец и никель повышают прокаливаемость. Хром повышает износостойкость, но затрудняет графитизацию. [30]
ГРАФИТИЗИРОВАННАЯ СТАЛЬ
сталь с высоким содержанием углерода (1 1,5%) и кремния (0,8 - 1,4%). Кратковрем. отжигом в структуре Г. с. выделяется свободный графит - т. н. углерод отжига. Г. с. сочетает положит. св-ва стали и чугуна. Применяется для изготовления штампов, подшипников, коленчатых валов и др. деталей машин.
Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .
Смотреть что такое "ГРАФИТИЗИРОВАННАЯ СТАЛЬ" в других словарях:
графитизированная сталь — Сталь с высоким содержанием углерода (до 1,5 %) и кремния (до 1,4 %). Кратковременным отжигом в структуре стали выделяется свободный графит углерод отжига. Графитизированная сталь сочетает положительные свойства стали и чугуна. Применяется для… … Справочник технического переводчика
ГРАФИТИЗИРОВАННАЯ СТАЛЬ — сталь с высоким содержанием С (1 1,5%) и Si (0,8 1,4%). При кратковременном отжиге в структуре графитизированной стали выделяется свободный графит так называемый углерод отжига. Графитизированная сталь сочетает в себе положительные свойства стали … Металлургический словарь
Графитизированная сталь — Graphitic steel Графитизированная сталь. Легированная сталь, сделанная так, что часть углерода присутствует в ней как графит. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал , НПО Мир и семья ; Санкт… … Словарь металлургических терминов
графитизированная сталь — [graphitized steel] износостойкая сталь, содержащая 1,3 1,7 % С, а также до 1,5 % Si и до 0,8 % Mn, в структуре которой часть углерода находится в виде графита, улучшающего антифрикционные свойства и износостойкость. Для получения необходимого… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для холодного выдавливания и высадки — [cold heading steel] горячекатаная калибровонная сталь круглого или шестигранного сечения, а также круглая сталь со специальной отделкой поверхности, предназначенная для изготовления изделий методом холодного выдавливания и высадки, для которой… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь для железнодорожного транспорта — [railway steel] конструкционная углеродная и низколегированная сталь, используемая при строительстве наземных железнодорожных путей (рельсы, стрелки, рельсовые скрепления и др.) и подвижного железнодорожного состава (колеса, бандажи, оси и др.).… … Энциклопедический словарь по металлургии
сталь Гадфильда — [Hadfield steel] высокомарганцовистая аустенитная сталь, содержащая 0,9 1,3 % С и 11 14 % Mn (типа 110Г13); разработана немецким инженером Гадфильдом в 1883 г. Сталь Гадфильда при низкой твердости обладает необычно высокой износостойкостью при… … Энциклопедический словарь по металлургии
Сталь — [steel] 1. Сплав железа с углеродом, содержащий от 0,025 до 2,14 % С, постянные примеси, а также легирующие элементы. 2. Вид продукции металлургического производства в ЧМ (Смотри также Прокат). Сталь классифицируется в национальных стандартах и… … Энциклопедический словарь по металлургии
теплоустойчивая сталь — [creep resistant steel] конструкционная, низкоуглеродистая легированная сталь для изготовления деталей, длительно работающих в нагруженном состоянии при … Энциклопедический словарь по металлургии
строительная сталь — [building steel] конструкционная низкоуглеродистая нелегированная и низколегированная сталь, применяемая для строительства металлических конструкций со сварными и другими соединениями. Прокат из строительной стали классифициурется по от на 10 кл … Энциклопедический словарь по металлургии
ГРАФИТИЗИРОВАННАЯ СТАЛЬ — сталь с высоким содержанием углерода (1 1,5%) и кремния (0,8 1,4%). Кратковрем. отжигом в структуре Г. с. выделяется свободный графит т. н. углерод отжига. Г. с. сочетает положит. св ва стали и чугуна. Применяется для изготовления штампов,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Графитизированные стали
Графитизированные стали находят все большее применение для изготовления деталей тормозных устройств, фрикционных передач, ряда изделий текстильного, сельскохозяйственного, автотракторного и других отраслей машиностроения.
Высокие механические свойства, термическая стойкость и износостойкость в сочетании с возможностью производства тонкостенных отливок сложной конфигурации позволяют использовать эти стали для изготовления тяжелонагруженных деталей, работающих в условиях повышенного фрикционного износа.
Производство отливок из графитизированных сталей и проведенные исследования позволяют объединить возможные комбинации их составов в следующие три группы: 1 — графитизированные стали с повышенными пластическими свойствами; 2 — высококремнистые; 3 — легированные стали.
В металлургическом производстве раньше других начали использовать графитизированные стали с повышенными пластическими свойствами, имеющие преимущественно ферритную металлическую основу и содержащие, не более: 1,35 % кремния, 0,04 % хрома и 0,03 % серы. Пределы изменения содержания углерода и модифицирующих элементов устанавливают с учетом создания условий для наиболее быстрой графитизации отливок.
Исследования показывают, что графитизированные стали с ферритно-перлитной металлической основой по износостойкости в узлах трения превосходят традиционно применяемые бронзы и имеют более высокий коэффициент трения.
Включения графита, ухудшающие механические свойства графитизированных сталей, способствуют повышению износостойкости в условиях трения, так как в процессе фрикционного износа они выходят на поверхности трения, расчленяются по плоскостям спайности, образуя тонкие пластинки, заполняющие неровности контактирующих поверхностей и предотвращающие сухое трение и схватывание, являясь своеобразной смазкой. Преимущества рассматриваемых сталей по сравнению с литейными бронзами проявляются больше всего в тех случаях, когда от деталей узлов трения требуются наряду с фрикционно-износными свойствами повышенные физико-механические характеристики: прочность, ударная вязкость и термическая стойкость.
Одна из самых перспективных областей применения графитизированных сталей — инструментальное производство. Это прежде всего изготовление штампов для вырубных и вытяжных операций. Низкокремнистые (1,0… 1,35 % кремния) графитизированные стали обеспечивают долговечность вырубных и вытяжных штампов, в 1,2…2,5 раза большую, чем инструментальные стали 7X3 и Х12М. Это объясняется как высокой износостойкостью и динамической прочностью, так и значительной их термической стойкостью.
На приведены данные эксплуатационной стойкости низколегированных (легированной нитридами молибдена) стали (кривая 1), модифицированной 0,06 % нитридов бора (кривая 2) и инструментальных сталей марок Х12М (кривая 3) и 7X3 (кривая 4). Повышенную износостойкость имеют стали 100С2НДМЮ и 100Г2С2НМЮ.
В графитизированных инструментальных сталях положительную роль на повышение эксплуатационной стойкости играют и графитные включения, которые выполняют функции смазывающего материала при эксплуатации инструментов.
Эксплуатационная стойкость вытяжных штампов из графитизированной (7,2) и инструментальных (5,4) сталей
Исследованиями поверхностей деталей, работающих в условиях фрикционного износа, выявлена большая степень локальной неоднородности строения сталей с образованием сколов, наплывов, полос микрорезания, вырывов и скоплений карбидов, оксидов, нитридов и карбонитридов. Количество локальных дефектов поверхностей повышается при увеличении давления и шероховатости контактирующих поверхностей. При одинаковых условиях фрикционного трения уменьшение твердости стали и сплавов обуславливает преимущественное преобладание наплывов на поверхности трения, а повышение твердости и снижение пластичности приводит к увеличению количества сколов и вырывов. При удельных давлениях 8…15 МПа и скоростях скольжения 8… 10 м/с отмечается интенсивное развитие на поверхностях трения направленного пластического перемещения сплава.
Разогрев до температур выше 250 °С поверхностей трения графитизированных ферритно-перлитных сталей при скольжении по углеродистым закаленным сталям при контактном давлении 10 МПа и скорости скольжения 3,5…5,5 м/с приводит к резкому увеличению износа обеих сталей. В этом случае на поверхностях трения или непосредственно под ними в направлении скольжения возникают значительные растягивающие напряжения (150…300 МПа). Можно предположить, что эти растягивающие напряжения являются причиной возникновения и развития в отдельных микрообъемах контактирующих поверхностей микротрещин, ускоряющих процессы износа. Кроме того, в поверхностных слоях сплава в процессе трения без смазки происходят другие сложные явления, связанные с перераспределением химических элементов, измельчением отдельных фаз, структурными превращениями и т.д.
Значительное сокращение износа при сухом трении достигается за счет использования железоуглеродистых сплавов со структурой зернистого перлита. Эти сплавы обладают высокими литейными и физикомеханическими свойствами в сочетании с необходимой прокаливаемостью, что открывает им широкие возможности применения в качестве фрикционных материалов для различных пар трения. Применение ферритной стали 100СЮ ограничено вследствие ее низкой прокаливаемости.
На рисунке приведены режимы отжига отливок в конвейерных электрических печах: 1 — режим графитизирующего отжига отливок для получения ферритно-перлитной металлической основы; 2 — опытный режим для получения в отливках структуры зернистого перлита с целью повышения их износостойкости и прочности. Длительность режима отжига графитизированных сталей позволяет сократить модифицирование их нитридами и боридами, не снижая фрикционных свойств.
Режимы отжига отливок из графитизированных сталей: 1 — на ферритно-перлитную основу; 2 — на зернистый перлит.
Сопоставительный анализ свойств отливок после отжига показал, что перлитные графитизированные стали обладают наилучшим сочетанием износостойкости, пластичности и других механических свойств. Возможность регулирования химического состава и структуры металлической основы позволяет в широком диапазоне регулировать прочностные, пластические свойства и износостойкость деталей из этой группы сталей.
На прочностные и пластические свойства графитизированных сталей большое влияние оказывает количество и форма графитных включений. При получении в отливках шаровидных или компактных графитных включений механические и фрикционные свойства графитизированных сталей повышаются.
Влияние металлической основы на механические свойства и термостойкость графитизированных сталей
| Механические свойства | Износ при трении без смазки, мг | ||||||
| Металлическая основа графитизированной стали | Временное сопротивление, МПа | Твердость НВ | Относительное удлинение, % | Ударная вязкость, МДж/м 2 | Торцовое трение | Трение качения со скольжением | Термическая стойкость, циклы |
| Феррит | 420…560 | 130…150 | 10…17 | 0,3…0,7 | 750…900 | 3400…5200 | 260 |
| Пластинчатый перлит | 720…900 | 221…241 | 1 …5,5 | 0,03…0,06 | 470…600 | 1320…2400 | 210 |
| Зернистый перлит | 560…700 | 214…230 | 3,0…6,5 | — | 230…500 | 820… 1300 | 320 |
| Сорбит | 900…1200 | 280…450 | 2,0…6,0 | 0,02…0,05 | 140…280 | 480…750 | 380 |
| Мартенсит | 700…1200 | 360… 500 | 3,5…8,5 | 0,03…0,07 | 125…210 | 407…640 | 560 |
Стали со сфероидизированными структурами обладают более высокой динамической прочностью и пластичностью при малой объемной доле цементита. В случае их использования в условиях динамических нагрузок и интенсивного трения они обладают более высокой эксплуатационной стойкостью, чем стали с пластинчатыми структурами. При повышении температур контактирующих поверхностей пластинчатые структуры растрескиваются быстрее, чем сфероидизированные.
Общее описание процесса роста трещин через перлитные колонии и коалесценции пустот в износостойких сталях отсутствует. Однако можно предположить, что в пластинчатых структурах разрушение частиц и нагружение соседних с ними пластин проходит через зоны сдвига, а смещения, необходимые для соединения зародышей разрушения, образованных растреснутыми карбидами, локализуются в зоне сдвига. Это обусловливает ограниченную пластичность перлитных структур износостойких сталей. На рисунке показана схема распределения микротрещин в шейке растягиваемого образца ферритно-перлитной стали перед окончательным разрушением.
В процессе эксплуатации ферритно-перлитных сталей при температурах, превышающих критическую температуру хрупкости, в том случае, если трещины распространяются через отдельные перлитные колонии, последние могут рассматриваться как места с чрезвычайно большими пустотами. Трещины в перлите раскрываются приблизительно до 0,5 мкм прежде, чем они распространятся в соседние участки феррита и затем сольются. Следовательно, основное влияние перлита на характер разрушения стали заключается в том, что он понижает сопротивление вязкому разрушению, а сфероидизация структуры отливок улучшает сопротивляемость стали усталостному разрушению.
Высококремнистые графитизированные стали используются для изготовления тормозных барабанов, ободов, челноков ткацких станков, деталей механизмов передач, корпусов электродвигателей и других деталей электромоторостроения. Основное отличие их от сталей первой группы — более высокое содержание кремния (1,6…2,5 %), что приводит к повышению износостойкости и прочности при уменьшении пластичности. Структура отливок из таких сталей обычно состоит из перлита и графита, в некоторых случаях может присутствовать до 5 % вторичного цементита. Твердость отливок 180…280 НВ, а временное сопротивление 400…600 МПа. Применение гомогенизирующего отжига при температуре 980… 1150 °С в течение 100…360 гс позволяет получать следующие механические свойства: временное сопротивление 700…900 МПа, относительное удлинение 5…8 %, твердость 200…240 НВ и ударную вязкость 0,17…0,35 МДж/м 2 .
Рис. 4.19. Схема распространения трещин в объеме, претерпевшем интенсивный сдвиг (а), коалесценцию пор (б) и образование микротрещин в зернах перлита под действием сил Р (в)
Наибольшей плотностью и износостойкостью обладают графитизированные стали, имеющие металлическую матрицу на основе легированного аустенита.
Микролегирование графитизированных сталей алюминием, марганцем и бором при содержании кремния в пределах 1,25… 1,55 % раскрывает большие возможности повышения износостойкости, прочности и других механических свойств отливок.
В микролегированных графитизированных сталях содержание графитизирующих элементов принимается более высоким, чем отбеливающих, что обеспечивает полную графитизацию вторичного цементита отливок в период охлаждения их в литейных формах.
Карбидообразующие элементы при большом содержании замедляют процесс графитизации отливок, некоторые из них (Nb, V, Zr, В, Та) при малом содержании оказывают модифицирующее действие и ускоряют графитизацию. Графитизирующие элементы (Si, Са, Al, Ва, Ti, Си и др.) ускоряют графитизацию. Многие графитизирующие элементы связывают серу и азот в сульфиды и нитриды, являющиеся центрами графитизации, сокращая продолжительность процесса графитизации по сравнению с базовым составом стали без модифицирующих элементов.
В отдельных случаях в качестве легирующих элементов для графитизированных сталей могут быть рекомендованы никель (0,5 %), молибден (0,7 %) и хром (0,35 %). При использовании этих элементов фрикционные отливки подвергаются закалке с последующим отпуском для получения мартенситной структуры. Влияние легирующих элементов на механические свойства отливок с ферритной металлической основой приведены на рисунке.
Из рассмотрения рисунка следует, что большинство легирующих компонентов понижают динамическую прочность отливок:
- наиболее сильно снижают пластические свойства кремний, марганец и хром;
- марганец и никель понижают интервал превращения аустенита в перлит и способствуют формированию более дисперсного перлита;
- кремний повышает температурный интервал перлитного превращения, что приводит к получению в отливках грубопластинчатых структур.
Микролегирование заэвтектоидных сталей марганцем, никелем, молибденом и другими металлами, замедляющими превращение γ → α + Ц, способствует получению в отливках более дисперсных ферритно-карбидных структур. Эти элементы могут воздействовать на форму включений графита, влияя на износостойкость и другие механические свойства отливок.
В качестве основного легирующего компонента, повышающего фрикционно-износные характеристики литых изделий, в графитизированных сталях используется медь. Ее содержание в износостойких отливках из сталей достигает 15 %. Для изготовления деталей, работающих в условиях трения при высоких удельных нагрузках, в том числе тормозных барабанов, зубчатых колес и поршней, разработана графитизированная сталь, содержащая, % (мас.): 1,2… 1,4 углерода; 0,9… 1,3 кремния; 0,5…0,7 марганца; 0,3…1,5 меди; 0,1…0,9 сурьмы; 0,01…0,25 кальция; 0,005…0,05 РЗМ и остальное — железо.
Высокие литейные свойства позволяют отливать из этой стали сложные отливки с толщиной стенок 5…60 мм. Износоустойчивость этой стали повышается с увеличением в структуре зернистого перлита и твердости. Твердость стали после графитизирующего отжига 142… 187 НВ, а после нормализации она повышается до 274…363 НВ. Выбор оптимального соотношения основных и микролегирующих компонентов позволяет получать отливки с ферритной, ферритно-перлитной, аустенитной, мартенситной и бейнитной структурами, используя процессы отжига, нормализации, закалки и отпуска.
Читайте также: