Сталь, чугун У10А (7 об.)

Высокоуглеродистые стали такие как У10А в качестве конструкционных материалов применяют сравнительно редко. Их целесообразно применять только в случае если деталь подвергают термической обработке (закалке и отпуску), в результате чего сталь приобретает высокую сопротивляемость гидроэрозии. Присутствие в структуре стали вторичного цементита в виде отдельных скоплений снижает ее эрозионную стойкость.

Металлографическое исследование показывает, что крупные зерна цементита при микроударном воздействии выпадают, и в этих местах быстро развивается разрушение.

Эрозионная стойкость заэвтектоидных сталей определяется в основном свойствами перлита. Механические свойства перлита зависят от степени измельчения (дисперсности) частичек цементита. Например, для тонкопластинчатого перлита σ_в = 735,5÷784,5 МПа и δ = 8÷10%, а для крупнопластинчатого σ_в = 588,44÷686,5 МПа и δ = 5%÷7%, прочность зернистого перлита еще меньше: σ_в = 539,44÷588,4 МПа и δ = 10%÷14%.

С увеличением размеров частиц цементита уменьшаются его механические характеристики и в том числе твердость, которая для перлита составляет НВ 160-250. Большее сопротивление микроударному разрушению оказывает тонкопластинчатый перлит.

Были исследованы стали У10А и У12А следующего химического состава (%):

У10А У12А

С ... 0,95 1,22

Si..... 0,16 0,18

Мn .. 0,20 0,26

P ..... 0,03 0,03

S ..... 0,02 0,02

Образцы подвергали различным видам термической обработки и металлографическому исследованию до и после испытания. Результаты испытаний приведены в табл. 1.

Таблица 1

Эрозионная стойкость заэвтектоидных сталей в различном состоянии

Заэвтектоидные стали, несмотря на повышенные механические свойства (σ_т = 416,8МПа; σ_в = 817,9; δ = 9%), при испытании в отожженном состоянии имели большие потери массы, чем доэвтектоидная сталь 60. Это объясняется присутствием в стали скоплений вторичного цементита, который был обнаружен в образцах при металлографическом исследовании.

Из данных, приведенных в табл. 1, видно, что продолжительность периода накапливания деформаций для заэвтектоидных сталей такая же, как и для доэвтектоидной стали с содержанием углерода 0,6%. Переходный период от процесса накапливания деформаций к процессу тотального разрушения для заэвтектоидных сталей выражен более четко, чем для доэвтектоидных.

Рис. 1. Зависимость потерь массы углеродистых

сталей от продолжительности испытаний в

начальный период струеударного разрушения:

1- сталь 30; 2 - сталь 40; 3 - сталь У10А

(сплошные линии - после отжига, штриховые

- после закалки и отпуска при 200° С)

Замедленное развитие процесса разрушения заэвтектоидных сталей связано с их высоким качеством и повышенным уровнем механических свойств. В результате закалки и низкого отпуска заэвтектоидные стали приобретают высокую сопротивляемость гидроэрозии.

При микроударном воздействии разрушение этих сталей после закалки и низкого отпуска развивается медленно, что обусловливает большой инкубационный период (рис. 1). Процесс тотального разрушения закаленных и отпущенных на мартенсит сталей характеризуется относительно небольшими потерями массы образца в единицу времени, причем для сталей с содержанием углерода от 0,41% и более эта закономерность выражена более четко, чем для сталей с низким содержанием углерода.

Заэвтектоидные стали, как и доэвтектоидные, отличаются низким сопротивлением электрохимической коррозии, а по технологическим свойствам уступают доэвтектоидным сталям. Поэтому применение заэвтектоидных сталей для изготовления деталей, работающих в условиях гидроэрозии, весьма ограничено.