Характеристика сталі Гадфільда: склад, застосування

Металургійна галузь - одна з найважливіших складових ВВП кожної країни, також вона виробляє унікальні та корисні матеріали. Без виробленої металургійними заводами продукції людство не змогло б обійтися. Сталь – один з них. Існують різні види цього матеріалу, які застосовуються в багатьох галузях. Сталь, яка володіє високою пластичністю і ступенем зносу, вона ж – сталь Гадфільда, – унікальний сплав. Вимоги до нього регламентуються Гост 977-88 і зарубіжними аналогами (США, Англія, Німеччина, Китай, Японія, Фінляндія, Іспанія, Корея).

Історія сталі Гадфільда

Виходячи з назви, можна стверджувати, що саме Роберт Гадфильд отримав цей сплав. Ким же був цей розробник? Роберт Гадфильд – англійський металург, який отримав сплав з підвищеною міцністю в 1882 році. Досить швидко ця сталь отримала поширення і виявилася досить унікальним матеріалом. Після того як Гадфильд розробив унікальну сталь, його розробкою зацікавилися військові. Це не дивно, так як подібний сплав є невід'ємним компонентом для створення захисної екіпіровки для військових. Піхотні шоломи підвищеної міцності – перша захисна екіпіровка, в основі якої лежить сталь Гадфільда. Подібні шоломи використовувалися солдатами британської армії, потім розробкою зацікавилися військові США і почали їх виробництво. До 80-х технологія сталі Гадфільда не змінювалася. Але з 80-х років був розроблений органопластик, який за міцністю не поступався матеріалу, розробленого британською металургом, але було набагато легше.


Шоломи для піхоти – це не єдине застосування сталі Гадфільда. Британська компанія «Віккерс» першою почала використовувати для інших цілей цю високоякісну сталь. Гусеничний танковий трак почали виробляти зі сплаву Гадфільда в 20-х роках. Сталь збільшила пробіг танкових траків з 500 до 4800 кілометрів. Під час Першої світової війни подібне збільшення пробігу вважали мало не дивом. Сталь Гадфільда стала незамінною для танкобудування. Незабаром цей сплав застосовували не тільки в танкобудуванні, але і в інших галузях. В СРСР сталь Гадфільда початку виплавляти в 1936 році.

Сталь Гадфільда: склад

Хімічний склад



Елемент (табл. Менделєєва)



Fe



C



Mn



Si



Інші домішки



Вміст, %



82



1



12



1



4

Аналізуючи хімічний склад, особливості процентний вміст вуглецю і марганцю, можна побачити, що це аустенітна сталь. Подібна структура підвищує зносостійкість і зміцнює сплав. Таким чином, сталь є стійкою до деформаційних процесів, володіючи високою ступенем пластичності і ударної в'язкістю. Металурги стверджують, що цей сплав був першою легованою сталлю, яку почали масово виробляти.

Властивості сталі Гадфільда

Завдяки своїм властивостям аустенітна сталь не могла оброблятися ріжучими інструментами, так як володіє високою в'язкістю. Для виготовлення продукції з цього матеріалу може підійти тільки лиття. Сплав Гадфільда має високу здатність до наклепу, яка значно вище, ніж у аналогічних сталевих сплавів. Аустенітна сталь має низьку твердість, але і високу зносостійкість при ударах, високому тиску і при температурних перепадах. Виходячи з цих характеристик можна говорити про те, що сталь британського металурга підходить для роботи в агресивних середовищах.

Особливості технології зварювання сталі Гадфільда

Теплопровідність аустеніту значно нижче, ніж в інших сталей, в 4-6 разів. Коефіцієнт теплового розширення в рази більше, ніж у маловуглецевих сталей – в 19 раз. Це дуже важливі характеристики металу, так як впливає на можливість виникнення холодних тріщин в області впливу температур. Існує значна ймовірність і гарячих тріщин, що пов'язано з ливарної усадкою сплаву, що в 16 рази більше малоуглеродистого металу. Висока температура трансформує аустенитную структуру в мартенситную, що підвищує ризик виникнення тріщин у області впливу високих температур.

Сфери застосування сталі Гадфільда

Завдяки своєму хімічному складу, характеристикам і особливостям аустеніт використовується в багатьох галузях. Використовуючи сталеві вироби, можна бути впевненим у їх надійності та високої міцності. Зносостійка сталь є досить популярним матеріалом. Величезне кількість промислових підприємств, які виробляють високоміцну продукцію, використовують сталь Гадфільда. Наступну продукцію виробляють з цього сплаву:

Машинобудівну продукцію.

Траки гусениць танків.

Трактори.

Залізничні хрестовини.

Стрілочні переводи, здатні працювати в жорстких ударних навантаженнях і умовах стирання.

Тюремні грати на вікна.

Компоненти дробарок.

Цікавим є виготовлення тюремних грат з аустеніту. Багато вважають, що це формене знущання над ув'язненими, які роблять спробу до втечі. За класикою жанру багато родичі проносять ножівки для ув'язнених, які в надії на свободу починають пиляти віконні решітки. У разі використання звичайного металу існує ймовірність втечі. Але сплав Гадфільда – це зносостійка сталь, яку звичайною ножівкою розпиляти неможливо. Якщо почати розпилювати решітки із сплаву Гадфільда, то починається наклеп поверхні, що тягне за собою зміцнення аустеніту. Ножівка збільшує твердість решітки до твердості ножівки і вище. Тому можна говорити про нереальність втечі.

Сталь 110Г13Л

Хімічний склад



Елемент (табл. Менделєєва)



Ni



C



Mn



Si



S



P



Cr



Вміст, %



макс. 1



09-15



115-15



03-1



макс. 005



макс. 012



макс. 1

Марка сталі 110Г13Л – легована, яка використовується для виливків та має особливі властивості. Ця сталь має високу зносостійкість при ударах або перепадах тиску.

Застосування марки сталі 110Г13Л

Цю марку сталі використовують при виробництві наступних матеріалів:

Тяжелонагруженние деталі, які повинні бути зносостійкими.

Конус дробарки.

Зуби, стінки екскаваторів.

Корпус кульових, вихрових млинів.

Аналоги марки сталі

Подібну сталь випускають багато країн.

Англія



Франція



Австрія



Чехія



Китай



Італія



Іспанія



США



Німеччина



BW10



Z120M12M Z120M12



BOHLERK700



422920 17618



ZGMn13-1
ZGMn13-2





GX120Mn12



AM-X-120Mn12
X120Mn12



A128
J91109
J91139
J91149 J91129



13401 X120Mn12 GX120Mn12

Властивості марки сталі 110Г13Л

Технологічні та механічні властивості матеріалу наведені в таблицях.

Ливарні властивості



Ливарна усадка, %



26-27



Технологічні властивості



Зварювання



Не використовується для виготовлення зварних конструкцій



Відпускна крихкість



Схильність відсутня



Флокеночутливість



Чутливість відсутня

Механічні властивості при Т=20 o З марки сталі 110Г13Л

Сортамент



Розмір



Напр.



s у



s T



d 5



y



KCU



Термообробка



-



мм



-



МПа



МПа



%



%



кДж /м 2



-



Виливки, ГОСТ 21357-87











800



400



25



35







Загартування 1050 - 1100 ° C, у воді відбувається охолодження



ГОСТ 977-88



Хутро. властивості встановлюються за вимогами замовника

Термічна обробка

Термічна обробка сталі Гадфільда безпосередньо залежить від рівня вмісту вуглецю в сплаві. Чим вищий рівень вуглецю, тим вище повинна бути температура. Приміром, якщо в сплаві він знаходиться на рівні 1%, то температура повинна бути не нижче 900 градусів. Якщо вуглецю 15%, то обробка можлива при 1000 градусів. Якщо в сплаві вуглець знаходиться на рівні 16%, то температура повинна бути вище 1050 градусів. Потім слід охолодження водою. Висока температура необхідна для повного розчинення карбідів, що погіршують якість відливання, і для зростання аустенітних зерен. Термін витримки виливки залежить від її товщини. Так, товщина-30 міліметрів вимагає витримки на 4 години, а в 125 міліметрів - у 24 години. Зносостійкість сталі Гадфільда в литому стані така ж, як і після гарту. Структура аустеніту оточується карбідної сіткою і веде себе в умовах зносу так само, як і однорідний загартований сплав. Саме тому можна стверджувати, що литий аустеніт в деяких мікрооб'ємах має ту ж в'язкість і зносостійкість, що і загартована сталь. Її підвищена крихкість пояснюється впливом карбідної сітки, яка викликає сильну концентрацію внутрішніх напружень. Сталь Гадфільда була розроблена кілька десятиліть тому. Сьогодні легована сталь – це невід'ємна частина виробництва багатьох товарів у різних галузях. Без неї такі галузі, як машинобудування, нафтогазова, хімічна, харчова, енергетична промисловості не змогли б нормально функціонувати. Не варто забувати про будівництво, танкобудуванні і розробці нових видів зброї, які використовують нові досягнення металургійної промисловості. Однак інженери і металурги не до кінця розуміють всі властивості, особливості і характеристики легованих сталей.