Трибология сталей и сплавов
Сорокин Г.М.
Недра, 2000 г.
13. ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ
Методическая целесообразность анализа парных взаимосвязей механических свойств вызвана тем, что при анализеизносостойкостисталей выявилась характерная особенность: одной механической характеристикестали всегда соответствует несколько значений износостойкости. Это дает основание полагать, что ни одна из гостированных механических характеристик не является критерием оценки износостойкости сталей. Видимо, каждая характеристика вносит свой вклад в конечный износ. Судить косвенно о влиянии каждой механической характеристики на конечное значение износа позволяет анализ парных взаимосвязей механических характеристик. Взаимосвязь пределапрочности и твердости интересна тем, что это две прочностныехарактеристики из одной группы. Одному значению пределапрочности могут соответствовать несколько значений твердости (рис. И). Общая тенденция стабильно сохраняется в интервале значений твердости 15,..45 HRC; с увеличением твердостипределпрочности увеличивается для некоторых сталей линейно. Стали 45, 40Х и
10 при твердости свыше 45 HRCрезко теряют свои прочностные свойства. пределпрочностистали У10 при твердости 43 HRCснижается примерно в 3 раза; для сталей 45 и 40Х это снижение меньше.
Высокопрочные стали Д5 и Д7 имеют максимальный пределпрочности при твердости 55-56 HRC, при большей твердости он резко снижается. Если каждому значению твердости сталей
можно подобрать не одно значение предела прочности, то их заключить, что прочностной уровень сталей при равной их твердости различен и, естественно, различна износостойкость. Видимо, более высокую износостойкость при равной их твердости имеют стали с более высоким пределом прочности.
Но эти логические рассуждения не подтверждаются практикой: в ряде случаев независимо от пределапрочностиизносостойкость тем выше, чем выше ее твердость. Очевидно, срабатывает факторсопротивления высокотвердого поверхностного слоя прямому внедрению абразивной частицы на начальном этапе изнашивания. Если твердостьстали достаточно высока, абразивная частица или не способна внедриться в эту закаленную поверхность, или внедряется на небольшую глубину. На этом фактор статической прочности еще не успевает проявиться, от глубины внедрения абразивной частицы зависит объем последующего съема металла, а значит, и конечное значение износа.
Таким образом, можно сделать вывод, что твердость будет входить составнымкомпонентом в критерий оценки износостойкостистали при механическом изнашивании. Этот вывод подтверждается еще и тем, что при снижении пределапрочностиизносостойкость увеличивается пропорционально (или почти пропорционально) твердости.
Обратная взаимосвязь твердости и пределапрочности сложнее (рис. 12), поскольку здесь проявляются две тенденции: повышение твердости при увеличении пределапрочности и снижение твердости при том же условии. Для сталей У10 и XI2М справедливы аналогичные зависимости, отличные от других. Для высокопрочных сталей Д5 и Д7 очевидна тенденция повышения твердости при увеличении предела прочности. Эта зависимость показывает некоторые нетипичные особенности. Высокая твердость может быть при малом пределе прочности: стали У10 и Х12М имеют твердость 55 HRCпри σв = 650 МПа; стали Д5 и Д7 - примерно такую же твердость приσв = 2200 МПа. Это еще раз косвенно свидетельствует о первопричинах различной износостойкостисталей при равной ихтвердости. Взаимосвязь твердости и пределатекучести совершенно аналогична по виду графиков предыдущей зависимости. По пределутекучести значительное преимущество имеют стали Д7 и Д5; малое значение пределатекучести характерно для сталей У10 и Х12М, 40Х. В интервалетвердостей 40-50 HRCпредел текучести многих сталей находится примерно на одном уровне: 1200-1600 МПа. твердость мартенситностареющей стали Н18К9М5Т в интервалесредних значений пределатекучести выше твердости других сталей. Взаимосвязь характеристикпластичности с пределомпрочности и твердостью имеет тенденцию, обратную характеристикам прочности.
Общая тенденция для всех сталей - уменьшение относительного удлинения при повышении твердости. При твердости 50-55 HRCуровень относительного удлинения высокопрочных сталей находится в пределах 10-15 %. Для стали У10 уже при твердости 45 HRCотносительное удлинениерезко снижается.
Относительное сужение высокопрочной стали Д5 практически сохраняется на уровне относительного сужения высокопластичной низкоуглеродистой стали 20 (рис. 13). Низкий уровень относительного сужения характерен для стали У10. В области высокой твердости (50-55 HRC) относительное сужение сталей изменяется в широком интервале - от 60 до 5 %.