Сталь Гадфільда

Сталь Га́дфільда — зносостійка аустенітна марганцева сталь, що містить 11...14% Mn і 0,9...1,3% вуглецю[1]. Відзначається високим опором зношуванню при динамічних навантаженнях.

Із цієї сталі виготовляють траки деяких гусеничних машин, залізничні хрестовини рейок, зуби ковшів екскаваторів, щоки дробарок, деталі гірничого устаткування, що працюють на зношування в умовах абразивного тертя, високого тиску та ударів.

Хімічний склад сталі Гадфільда

Позначення марок сталі, що відповідають за складом сталі Гадфільда згідно з ДСТУ 8781:2018[2] — 110Г13Л, 110Г13Х2БРЛ, 110Г13Х2Л.

Хімічний склад (%) сталі 110Г13Л (ДСТУ 8781:2018)
C Mn Si Cr Ni Cu S P
не більше
0,90 - 1,50 11,5 - 14,5 0,30 - 1,00 1,00 1,00 - 0,050 0,12

Історична довідка
Шолом М1917, що носили бійці п'ятого полку морської піхоти США

У 1878 році дев'ятнадцятирічний англійський металург Роберт Еббот Гадфілд (англ. Robert Hadfield) розпочав свої дослідження сплавів заліза з іншими хімічними елементами. Через чотири роки він створив марганцевисту сталь, що отримала його ім'я і завдяки своїй високій зносостійкості одразу знайшла застосовування в залізничному транспорті[3]. Сталь Гадфільда стала першою легованою сталлю масового виробництва — з 1882 року.

З листової сталі Гадфільда ​​були виготовлені шоломи піхотинців (англ. Helmet, steel, Mark I), прийняті на озброєння британської армії в 1915 році, і американської армії в 1917 році під позначенням М1917, широко застосовувалися вказаними арміями в роки Першої світової війни — загальна кількість шоломів цього типу перевищила 7,5 млн одиниць[4].

Застосування сталі Гадфільда для виготовлення траків танкових гусениць вперше було освоєне британською фірмою «Віккерс» в кінці 1920-х років. Ця сталь сталь дозволила значно збільшити ресурс гусениць танків з 500 км пробігу (рекорд періоду Першої світової війни) до 4800 км[5].

Фізико-механічні властивості

Після литва структура сталі складається з аустеніту і надлишкових карбідів марганцю в залізі (Fe, Mn)3C. При нагріванні карбіди розчиняються в аустеніті, тому після гартування від температури 1100 ºС у воді сталь отримує чисто аустенітну структуру з малою твердістю HB 180…220, границею міцності σв = 750…1000 МПа; відносним звуженням при розтягу ψ = 40…50%; ударною в'язкістю a = 300 кДж/м²[6][7]. Марганцевий аустеніт при ударних навантаженнях і після деформації в процесі експлуатації набуває твердості до HRC 50…55.

Сталь із аустенітною структурою характеризується низькою границею плинності, що становить приблизно третину від границі міцності й сильно зміцнюється під дією холодної деформації. Високе зміцнення сталі Гадфільда при пластичній деформації обумовлено тим, що деформація здійснюється переважно шляхом механічного двійникування аустеніту. З одного боку, двійники є ефективними бар'єрами для руху дислокацій і тому зміцнюють сталь. З іншого боку — двійники призводять до релаксації внутрішніх напружень, запобігаючи локалізації пластичної деформації й утворення тріщин.

Сталь 110Г13Л має типові для аустенітних сталей високу в'язкість й пластичність при досить великій міцності. При низькій твердості сталь Гадфільда має надзвичайно високу зносостійкість при терті з тиском і ударами. Це пояснюється зміцненням (наклепом) аустеніту при пластичній деформації в процесі роботи, тобто ця сталь має підвищену здатність до наклепу (значно більшу, ніж у звичайних сталей із такою ж твердістю). У результаті наклепу збільшується опір до зношування, тому сталь 110Г13Л важко обробляється різальними інструментами[8], тому деталі з неї частіше за все виготовляють литвом без механічної обробки. В умовах чисто абразивного зношування (наприклад при терті по піску) ефективного наклепу сталі 110Г13Л не відбувається, що призводить до підвищеного зношування деталей.

Див. також

Примітки
  1. Міжнародна інженерна енциклопедія. Термінологічний словник. Метали. II том. Архівовано 12 квітня 2015 у Wayback Machine. / За ред. Б.О. Прусакова, М. С. Блантера, В. Я. Кершенбаума, В. О. Богуслаєва, С. Б. Бєлікова, А. Д. Коваля. МоторСіч, 2005. С.40
  2. ДСТУ 8781:2018 Виливки зі сталі. Загальні технічні умови.
  3. Austenitic Manganese Steels Key to Metals AG.(англ.)
  4. Mark A. Reynosa The M-1917 helmet. Excerpted from book «U.S. Combat Helmets of the 20th Century»(англ.)
  5. Исаев А.В. Антисуворов. — М.: Эксмо, Яуза, 2004. (Гл.6 Зачем Швеции автострадные танки)(рос.)
  6. Гуляев А. П. Металловедение: Учебник для вузов. — М.: Металлургия, 1986. — 544 с.
  7. Худокормова Р. Н., Пантелеенко Ф. Н. Материаловедение: Лаб. практикум: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Л. С. Ляховича. — Минск.: Высшая школа, 1988. — 224 с.
  8. Федотьєва Л. П. Сучасний стан і перспективні методи обробки високомарганцевих сталей Архівовано 2016-03-05 у Wayback Machine.// Вісник КДПУ. Випуск 6/2006 (41). Ч. 1. C. 31—37.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.