Сталь 110 г 13

Обновлено: 21.01.2025

Сталь марки 110Г13Л - это высоколегированная сталь, содержащая кроме железа и углерода другие специально вводимые в ее состав элементы, характеризующаяся высокой прочностью и износостойкостью при ударных нагрузках и высокой пластичностью. Особые свойства этой стали обусловлены значительным содержанием в своем составе марганца.

Эта марка стали была изобретена в конце XIX века (1882 г.) английским металлургом Робертом Гадфильдом. Достаточно быстро эта сталь получила широкое применение и играет важную роль в машиностроении и других отраслях промышленности.

Расшифровка и химический состав стали 110Г13Л

Маркировка стали, в которой отражено процентное содержание легирующих компонентов, в соответствии с отечественным ГОСТ 977-88 — 110Г13Л. Цифра 110 означает среднее содержание углерода в стали сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 1,1%, буква Г означает, что сталь легирована марганцем, а цифра 13 за буквой указывает среднее содержание марганца в целых единицах, т.е. среднее содержание марганца в стали 13%. Литера Л в конце марки стали означает, что сталь литейная.

A128, J91109, J91119, J91129, J91139, J91149

1.3401, 1.3802, GX120Mn12, GX120Mn13, X120Mn12

SCMnH1, SCMnH11, SCMnH2, SCMnH3

AM-X-120Mn12, F.240, F.8251, X120Mn12

ZGMn13-1, ZGMn13-1-4, ZGMn13-2, ZGMn13-3

Химический состав отличается повышенным содержанием марганца, добавлением хрома, кремния и никеля в меньшей концентрации. Благодаря этому данная сталь характеризуется как износостойкая и пластичная, способная работать в условиях повышенных ударных нагрузок, давления, трения.

Количество углерода и количество марганца в сплаве прямо связаны между собой. При увеличении количества углерода, необходимо увеличивать и содержание марганца. Длительность эксплуатации защитных покрытий, изготовленных из стали Гадфильда (футеровок), зависит именно от количества углерода в металле.

Как правило, в составе марганцовистой стали около 1,2% углерода и 12% марганца. При таких процентах марганца и углерода сталь имеет аустенитную структуру. Подобная структура придает металлу повышенную стойкость к износам и склонность к увеличению прочности при нарушении геометрии первоначальной формы в результате удара. Сталь является стойкой к деформационным процессам, обладая высокой степенью пластичности и ударной вязкостью.

Флокеночувствительность

Линейная усадка при литье, %

Свариваемость

Отпускная хрупость

Не используется для изготовления
сварных конструкций

Применение стали в промышленности

Сталь 110Г13Л способна к самоупрочнению при воздействии на нее ударных и ударно-абразивных нагрузок и имеет высокую износостойкость. Благодаря этим свойствам она широко используется для изготовления деталей, предназначенных выдерживать и поглощать сильные удары. Для производства многих комплектующих данная сталь является незаменимой.

Отливки из марганцовистой стали 110Г13Л часто используются производства быстро изнашивающихся деталей дробильно-размольного оборудования (ДРО) и мельниц, которые требуют особую стойкость к износу при больших давлениях, ударным нагрузкам и истиранию. Это такие запчасти, как:

футеровки мельниц
бронеплиты
била
сектора решеток
молотки
мелющие лопатки
билодержатели и другие изделия.

Для производства изделий из стали Гадфильда невозможно применение резания и ковки из-за высокой вязкости марганцовистой стали. Для изготовления продукции из этой стали используется литье.

Производственная компания «ЛитМаш» уделяет повышенное внимание качеству отливок и точности обработки. Мы изготовим запчасти из марганцовистой стали 110Г13Л по эскизам и чертежам заказчика. Заказы любого уровня сложности и объема выполняются максимально оперативно и гарантированно точно в соответствии с поставленными заказчиком задачами. Осуществляем доставку продукции из стали 110Г13Л в разные города России.

Области применения стали Гадфильда

Одним из самых интересных материалов, производимых в металлургии, можно назвать сталь Гадфильда. Это первая легированная, высокомарганцовистая сталь массового выпуска и активного применения. Из-за своих необычных свойств она применяется в тех областях народного хозяйства, где все остальные виды стали не подходят. Ее вполне заслуженно можно назвать суперсталью. Она имеет низкую твердость, но хорошую износостойкость при ударах, высоком давлении и перепадах температуры. Эта сталь подходит для использования в агрессивных средах и экстремальных условиях.

Легирование

марганец,
титан,
кобальт,
вольфрам,
алюминий,
никель,
хром,
кремний,
ванадий,
ниобий.

Все эти добавки по-разному влияют на конечные качества получаемого сплава. Прежде чем целенаправленно добавлять в металл легирующие составляющие, люди познакомились с природными легированными сплавами, буквально упавшими с неба в виде железных метеоритов. Это железо применялось уже давно. Оно содержит до 8,5% никеля — активно применяемого сегодня легирующего элемента.

Изобретен этот вид стали был в 1882 г металлургом-англичанином Робертом Гадфильдом (был принят в почетные члены Академии Наук СССР в 1933 г.). Это высокопластичная сталь с большим содержанием марганца. Получилась эта марка стали настолько удачной, что и сейчас, практически без изменений в химическом составе, широко используется в самых разных отраслях промышленности. В СССР технологию выплавки этой стали освоили к 1936 году. В России и среди стран-членов Содружества Независимых Государств она известна под маркой 110Г13Л (или Г13Л). Литера «Л» обозначает, что эта сталь — для литья. Требования регламентируются ГОСТом 977-88 и его аналогами за рубежом.

Область применения

Изготавливают из нее части механизмов, рельсовые крестовины, стрелочные переводы, сердечники для прокатки труб, гусеничные траки, броневые листы, детали дробилок, козырьки землечерпательных машин, все устройства, где требуется особая стойкость к износу при больших давлениях, ударным нагрузкам и истиранию. До 80-х годов из нее изготавливались защитные шлемы для солдат в британской и американской армиях. За двадцатый век их было выпущено порядка 30 миллионов штук. Эти шлемы — лишь один из способов использования стали Гадфильда. В 20-х годах из нее начали изготавливать траки для танков — это та часть гусениц, которая подвергается наибольшему воздействию и истиранию при передвижении тяжелых машин. Изготовленные из этой стали они позволили увеличить пробег техники без ремонта гусениц или их замены почти в 10 раз, с 500 км до 4800 км.

Сталь Гадфильда очень важна, она стала незаменимой в военной промышленности и танкостроении. С течением времени этот вид стали начали применять и в других областях деятельности.

Состав и свойства

Fe — 82%,
Mn — 11,5-15%,
C — 0,9-1,6%,
Si — 0,3-1%,
другие составляющие — до 5%.

При таком проценте марганца и углерода сталь имеет аустенитную структуру. Именно она придает металлу повышенную стойкость к износам и склонность к увеличению прочности при нарушении геометрии первоначальной формы в результате удара. Аустенит — это структура металла, определяющая его технические характеристики, которые невозможно получить в другом состоянии, так как при изменении строения изменяются и свойства. Это твердый раствор углерода и легирующих компонентов в железе. Количество углерода и количество марганца в сплаве прямо связаны между собой. При увеличении количества углерода, необходимо увеличивать и содержание марганца. Длительность эксплуатации защитных покрытий, изготовленных из стали Гадфильда (футеровок), зависит именно от количества углерода в металле. Так как марганец — активный металл, то сталь Гадфильда имеет повышенную слабость к коррозии, это существенный недостаток этого сплава.

Изделия из этой стали требуют особого ухода для защиты от коррозионного разрушения.

Упрочнение

Упрочнение при ударной деформации, или нагартовка — это процесс, применяемый для увеличения прочности металла, которое не может быть получено термическим воздействием (закалкой). Эта технология обработки направлена на изменение формы изделия методом холодной ковки, пластической деформации, ввода в металл механической энергии. В результате чего твердость сплава повышается, увеличивается его прочность, но уменьшается пластичность.

А невозможность закалки стали Гадфильда с получением привычного эффекта — упрочнения закаляемой детали – заметил сам изобретатель этого вида металла. При попытке закалить образец выяснилось, что металл стал не тверже, а мягче. Замена сред закалки не помогла, образец оставался мягким. Неожиданным было и то, что новая сталь не поддавалась ни токарной, ни фрезерной обработке. При попытке отковать образец холодным способом, без нагрева, участки, подвергнувшиеся ударам молота, стали твердыми. И чем большее количество ударов они получали, тем тверже становились. Попытка обработать металл напильником также закончилась неудачей. Чем сильнее был нажим напильника, тем сильнее было сопротивление металла, образец становился все более твердым.

Из-за невозможности перепилить прут из стали Гадфильда напильником, она применяется для изготовления тюремных решеток. При попытке перерезания прутка такой решетки, происходит сильный наклеп той части, которая подвергается воздействию. Значительно увеличивается твердость стали, до твердости самого напильника и даже выше. В результате попытка перепилить тюремную решетку обречена на провал.

Что такое наклеп?

Наклеп — увеличение прочности металлов и сплавов вследствие изменения их структуры в процессе пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. То есть температуры, при которой на месте потерявших форму, вытянутых зерен металла начинают возникать и расти новые зерна с неискаженной решеткой, правильной округлой формы. При наклепе металла его плотность уменьшается, происходит это из-за нарушения порядка в расположении атомов, искажения атомной решетки, образования микропор, увеличения плотности дефектов. Уменьшение плотности означает увеличение удельного объема единицы массы. Наружный наклепанный слой стремится расшириться, а внутренние не позволяют ему этого сделать. В металле возникают остаточные сжимающие напряжения. Они бывают очень полезными, так как способны приостанавливать процесс появления и увеличения поверхностных усталостных трещин.

Нельзя гарантировать равномерное постоянство удельных давлений в шарнире в пределах от 80 до 200 кг/см, при которых проявляется способность стали к наклепу, и тем самым выявляется ее свойство противостоять износу. Ниже этих показателей наклеп стали Гадфильда не наблюдается, а выше — возникает ее остаточная деформация, соответственно нельзя полноценно использовать её способности. Многочисленные наблюдения за работой тракторов СТЗ НАТИ в поле показали, что после примерно тысячи часов эксплуатации износ отверстий проушин шарнирных соединений равен 0,3 — 0,4 см, а в результате полутора-двух тысяч часов работы проушины истираются практически на всю толщину стенки 0,8 см или разрушаются ранее.

Изменение свойств сплава

Когда металл подвергается механическому воздействию, в нем образуются микроскопические дефекты — дислокации, если такое воздействие продолжается, эти дефекты начинают смещаться и взаимодействовать. Они образуют новую структуру материала, которая сопротивляется дальнейшему пластическому изменению формы. Эта структура увеличивает способность металла сопротивляться прилагаемым усилиям, повышает предел текучести материала и снижает его вязкость. Это очень важно для тех металлов и сплавов, которые не упрочняются при термообработке.

При комнатной температуре сталь Гадфильда практически немагнитна, но, после холодной деформации, появляются магнитные свойства. Это явление сопровождается появлением в структуре металла плотных плоскостей скольжения дислокаций, которые дробят зерна на отдельные блоки. Открытием Гадфильда и Хопкинсона стало то, что испытание образца стали на разрыв, придало ему слабомагнитные свойства. Появление ферромагнетизма показывает, что после такого вида нагрузок, часть металла переходит в состояние а-железа.

Способы обработки

Холодная обработка металлов давлением — известный способ намеренного создания наклепа. Типичными технологическими процессами такой обработки металлов являются волочение, холодная ковка, прокатка, прессование (экструзия). Если переусердствовать с обработкой, то деталь из стали Гадфильда может развалиться на куски из-за усиливающихся внутренних напряжений, которые ее разрушают. Поэтому при обработке, например, лезвия ножа, которое рекомендуется слегка отбить перед итоговой заточкой, или отбивке косы (а это и есть холодная ковка), нужно наносить очень легкие удары и внимательно относиться к отдаче от молотка. Как только он начинает отскакивать, значит пора прекращать удары, иначе лезвие может раскрошиться.

Из-за высокой вязкости стали Гадфильда, детали из нее практически не могут обрабатываться режущими инструментами. Для массового изготовления продукции из этой стали подходит только литье. Формы для отливки должны быть выполнены очень тщательно, чтобы изготовленные детали не подвергать дополнительной обработке. После отливки изделия и застывания металла, качество стали достаточно низкое, так как на границе зерен аустенита есть мелкие включения карбидов, которые легко образуют трещины между зернами и приводят к быстрому разрушению. Токарная обработка возможна лишь с применением быстрорежущих сталей с высокой теплостойкостью. То есть инструмент, при возникающих в режущей кромке высоких температурах, должен сохранять высокую твердость и противостоять износу.

Особенности закалки и сварки

Если углерода 1%, то температура должна быть не ниже 900 градусов.
Если углерода 1,5% — 1000 градусов.
При количестве углерода на уровне 1,6% — температура нагрева выше 1050 градусов.

Нагрев должен быть очень медленным, не более 150 градусов в час, с последующей выдержкой в зависимости от размеров отливки и заключительным охлаждением водой.

При толщине отливки в 30 мм потребуется 4 часа выдержки, а в 125 мм — сутки. Такая обработка полностью убирает наклеп, переводит металл в аустенит, выравнивая его структуру. Соответственно твердость стали после закалки низкая, а вязкость высокая.

При сварке этого вида стали обязательно нужно учитывать ее особенности. В зоне термического воздействия и в наплавленном металле, из-за изменения при нагреве аустенитной структуры металла в мартенситную, высока вероятность появления холодных трещин из-за низкой, в 4-6 раз меньше, по сравнению с другими видами сталей, теплопроводности и увеличенного в 1,9 раз коэффициента теплового расширения. Есть вероятность появления и горячих трещин, так как литейная усадка стали Гадфильда более чем в полтора раза больше, чем любой малоуглеродистой стали. Поэтому рекомендуется сварочные работы проводить в проточной воде, либо, в крайнем случае, с последующим охлаждением шва.

Сталь марки 110Г13Л

Типичный пример использования стали 110Г13: сталь используется для электрошлаковой наплавки - изготовление биметаллических бил дробилок (основа - низкоуглеродистая сталь). Технология электрошлаковой наплавки предусматривает использование плавящегося мундштука с подачей электродной проволоки Св-08 диаметром 4 мм и шихтового материала, состоящего из смеси доменного и электроферромарганца в соотношении 4:1. Шихту подают через тарельчатый питатель, приводимый в движение механизмом подачи проволоки. Режим наплавки: I_с = 630 A; U_c = 22 В; h_s =30 мм; v_e = 104 м/ч; производительность питателя 50 г/мин.

Глубина проплавления основного металла 3-5 мм. Наплавляют слой сечением 25 X 40 мм по длине била 850 мм. Начальный и конечный участки наплавленного слоя удаляют газовой резкой, погружая била в воду, чтобы исключить возможность перегрева слоя. Места реза зачищают наждачным кругом.

Представляет интерес технология одновременной горизонтальной электрошлаковой наплавки серии бил шахтных мельниц. После зачистки наплавляемой поверхности била укладывают в специальные кондукторы, закрепленные на замкнутой ленте транспортера. Между ними устанавливают медные пластины-прокладки толщиной 10 мм. Наплавляемая поверхность бил и медные прокладки образуют сплошную полосу, на которую подают шихту и флюс. Слой флюс - шихта - флюс расплавляют гребенкой из низкоуглеродистых проволок, подаваемых наплавочным аппаратом. Ниже приведен режим наплавки:

При горизонтальной электрошлаковой наплавке большинство операций механизировано. Дальнейшее совершенствование техники и технологии наплавки, а также повышение точности размеров заготовок бил могут позволить полностью автоматизировать процесс наплавки. Износостойкость наплавленных бил в 3 раза выше, чем ненаплавленных. После окончания операции наплавки медные пластины-прокладки вынимают, и била отделяют одно от другого.

Разработана и изготовлена промышленная установка У-305 с источником питания ТШН-15, на которой наплавляют чугунные и стальные валки штрипсового стана «300» и двух проволочных станов «250-1» и «250-2». Электрошлаковую наплавку осуществляют трубчатыми электродами D 300 мм, отлитыми центробежным методом из легированного чугуна. Длина бочки валка 450 мм, общая длина 1400 мм, материал валка - чугун с шаровидным графитом. Рабочий слой - отбеленный хромоникелевый чугун типа нихард следующего состава: 2,8% С; до 0,3% Si; 0,6% Мn; 0,8% Сr; до 3,8% Ni; до 0,55% Р и до 0,11 % S. Твердость рабочего слоя отбеленного чугуна НВ 560-630, толщина слоя 25-35 мм. Она в 2,5-3,5 раза превышает толщину допускаемого износа.

Для наплавки валков используют флюс АНФ-14. Начинать процесс можно по принципу жидкого старта или при помощи специальной смеси, содержащей флюс АНФ-14, стальную стружку и прокатную окалину. Некоторые параметры режима наплавки приведены в таблице ниже.

Производительность установки составляет 120-150 кг/ч. Химический состав (%) наплавленного и электродного металла приведен в таблице ниже.

Порядковые номера табл. 9.61 соответствуют номерам табл. 9.60.

Исследование микроструктуры наплавленного слоя (№ 3, табл. 9.60) показало, что она довольно сложна и состоит из мартенсита, нижнего бейнита, перлита, остаточного легированного аустенита и цементитной составляющей.

Стойкость наплавленных валков в 2-3 раза выше, чем литых чугунных двухслойных валков. В качестве антикоррозионных покрытий, наносимых электрошлаковой наплавкой, используют высоколегированные стали и сплавы на основе меди. Наиболее удовлетворительные результаты получены при электрошлаковой наплавке с минимальным проплавлением основного металла.

Краткие обозначения:
σ_в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ_0,05	- предел упругости, МПа	J_к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ_0,2	- предел текучести условный, МПа	σ_изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ₅,δ₄,δ₁₀	- относительное удлинение после разрыва, %	σ_-1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ_сж0,05 и σ_сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J_-1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s _в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s _T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p_n и r	- плотность кг/м 3
HRC_э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t _Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

110Г13Л (Г13Л)

Сталь 110Г13Л применяется : для изготовления отливок корпусов вихревых и шаровых мельниц, щек и конусов дробилок, трамвайных и железнодорожных стрелок и крестовин, гусеничных траков, звездочек, зубьев ковшей экскаваторов и других деталей, работающих на ударный износ; деталей мельничных футеровок горно-металлургического оборудования; остряковых крестовин стрелочных переводов марок 1/11 и 1/9 к рельсам типов Р75, Р65, Р50 с литыми сердечниками. Сталь обладает высоким сопротивлением к износу при одновременном воздействии высоких давлений или ударных нагрузок.

НТД	C	S	P	Mn	Cr	Ti	Si	Ni	Cu
ГОСТ 977-88	0,90-1,50	≤0,050	≤0,120	11,50-15,00	≤1,0	-	0,30-1,00	≤1,0	-
KSt 81-038:2009	0,90-1,10	≤0,050	≤0,10	11,50-14,50	≤1,0	≤0,10	0,20-0,60	≤0,50	-
ГОСТ 7370-98	1,00-1,30	≤0,020	≤0,090	11,50-16,50	-	-	0,30-0,90	-	-
ГОСТ 21357-87	0,90-1,20	≤0,020	≤0,020	11,50-14,50	≤0,30	-	0,40-0,90	≤0,30	≤0,30

По ГОСТ 21357-87 для повышения износостойкости отливок допускается микролегирование стали титаном до 0,05%, ванадием до 0,30%, молибденом до 0,20%.
По KSt 81-038:2009 приведен химический состав стали с более узкими пределами по содержанию компонентов, применяемый для изготовления износостойких деталей мельничных футеровок.
По ГОСТ 7370-98 при изготовлении сердечников и цельнолитых крестовин стрелочных переводов допускается по согласованию изготовителя с потребителем вводить в сталь легирующие элементы и модифицирующие добавки.

Читайте также: