Износостойкие заготовки – это, казалось бы, простое понятие. Заказчик говорит: 'Нам нужны износостойкие заготовки', а мы, производители, киваем и начинаем думать о стали, термической обработке, покрытии... Но на практике все гораздо сложнее. Часто заказчики не понимают, что подразумевается под 'износостойкостью', и это приводит к разочарованиям и переделкам. Вообще, многие считают, что износостойкие заготовки – это только про твердосплавные инструменты, но это не так. В нашей практике были случаи, когда даже просто закалка подбиралась неверно, и заготовка после всего остального не выдерживала нужной нагрузки. Поэтому давайте разберемся, что на самом деле нужно учитывать, чтобы создать действительно износостойкие заготовки, и какие ошибки чаще всего совершаются.
Первое, что нужно понять – износостойкость – это не просто твердость материала. Твердость – это один из факторов, безусловно, важный, но не единственный. Важны и другие характеристики: прочность на износ, стойкость к различным видам деформаций (например, остаточным напряжениям), термостойкость, абразивная стойкость. Мы часто сталкиваемся с ситуацией, когда заказчик просит 'наиболее твердый материал', а в итоге получает заготовку, которая быстро изнашивается при определенных условиях эксплуатации. Это происходит потому, что твердость материала не всегда коррелирует с долговечностью.
Как измерять износостойкость? Здесь есть несколько методов. Есть стандартизированные тесты на износостойкость, например, трение на определенных скоростях и при определенных нагрузках. Есть более простые, но тоже информативные методы – например, визуальный контроль состояния поверхности после определенного периода эксплуатации в условиях, максимально приближенных к реальным. Но самое главное – это понимание условий эксплуатации изделия. Что за нагрузка? Какая температура? Есть ли абразивные частицы в среде? От этих факторов зависит выбор материала и технологии обработки.
Например, у нас был заказ на изготовление деталей для горнодобывающей промышленности. Заказчик требовал максимально твердый материал. Мы сделали заготовку из твердого сплава, термически обработали ее, но детали быстро изнашивались. Позже выяснилось, что материал подвергался сильному абразивному воздействию. Нам пришлось пересмотреть выбор материала и технологию обработки, используя более износостойкий сплав и специальное покрытие. Это был дорогостоящий, но необходимый шаг.
Выбор материала – это ключевой момент в создании износостойких заготовок. Очевидно, что сталь – самый распространенный материал. Но не все стали одинаковы. Существуют углеродистые стали, легированные стали, нержавеющие стали. Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки.
Легированные стали обладают повышенной твердостью и износостойкостью по сравнению с углеродистыми. В них добавляют различные легирующие элементы, такие как хром, вольфрам, молибден, ванадий. Каждый элемент вносит свой вклад в улучшение свойств материала. Например, хром повышает твердость и коррозионную стойкость, вольфрам – износостойкость и жаропрочность. Но выбор конкретного сплава зависит от конкретных условий эксплуатации.
Для особо сложных условий эксплуатации, например, при высоких температурах или сильных абразивных нагрузках, можно использовать композитные материалы. Композиты сочетают в себе свойства двух или более материалов. Например, можно использовать сталь с керамическими вставками для повышения износостойкости. Или использовать различные покрытия, такие как TiN, CrN, DLC. Сейчас много говорят о новых сплавах, например, на основе никеля, но они часто очень дорогие и требуют специальных технологий обработки.
Термическая обработка – это важный этап в создании износостойких заготовок. Она позволяет изменить структуру и свойства материала, улучшить его твердость, прочность и износостойкость. Наиболее распространенные виды термической обработки – закалка, отпуск и нормализация.
Закалка – это процесс охлаждения материала из нагретого состояния. При закалке повышается твердость материала, но при этом он становится более хрупким. Поэтому после закалки обычно проводят отпуск – это нагрев материала до определенной температуры и выдержка при ней, а затем охлаждение. Отпуск снижает хрупкость материала и повышает его пластичность. Температура отпуска зависит от типа материала и требуемых свойств.
Нормализация – это процесс охлаждения материала на воздухе. Нормализация позволяет получить более однородную структуру материала по сравнению с закалкой. Однако, нормализация не дает такой высокой твердости, как закалка с последующим отпуском. Выбор метода термической обработки зависит от конкретных условий эксплуатации. Например, для деталей, работающих при высоких нагрузках и температурах, обычно используют закалку с последующим отпуском.
К сожалению, многие производители не уделяют должного внимания термической обработке, что приводит к тому, что износостойкие заготовки быстро изнашиваются. Это может быть связано с недостатком опыта, неправильным выбором режимов термической обработки или использованием некачественного оборудования.
Покрытия – это еще один важный способ повышения износостойкости заготовок. Покрытия создают защитный слой на поверхности детали, который предотвращает ее износ. Существует множество различных видов покрытий: газопламенное напыление, электрохимическое покрытие, химическое покрытие.
Газопламенное напыление – это один из самых распространенных видов покрытий. При газопламенном напылении на поверхность детали наносится расплавленный материал, который при охлаждении образует прочное покрытие. В качестве материала для напыления можно использовать различные металлы и сплавы, такие как сталь, никель, титан, керамика.
Электрохимическое покрытие – это процесс нанесения покрытия путем электролиза. Электрохимическое покрытие позволяет получить тонкое и равномерное покрытие с высокой коррозионной стойкостью. Наиболее распространенные виды электрохимических покрытий – хромирование, никелирование, цинкование.
Выбор покрытия зависит от условий эксплуатации. Например, для деталей, работающих в агрессивных средах, обычно используют коррозионностойкие покрытия, такие как хромирование или никелирование. Для деталей, подверженных абразивному износу, можно использовать керамические покрытия или покрытия из твердых сплавов.
У нас был один интересный случай. Заказчик попросил изготовить износостойкие заготовки для направляющих в гидравлическом прессе. Мы выбрали сплав на основе стали, закалили и отпустили его, а затем покрыли хромом. Однако, детали быстро изнашивались. После анализа выяснилось, что проблема заключалась в неправильном выборе марки стали. Мы использовали сплав, который не обладал достаточной стойкостью к абразивному износу. В итоге мы перешли на более дорогой, но более износостойкий сплав и добились отличных результатов.
Еще один случай: мы делали заготовки для деталей компрессора. Заказчик требовал высокой износостойкости, поэтому мы использовали закаленный инструмент с покрытием TiN. Однако, после нескольких месяцев эксплуатации покрытие начало отслаиваться. Выяснилось, что поверхность детали подвергалась вибрациям и ударам, что приводило к разрушению покрытия. Для решения этой проблемы мы изменили процесс нанесения покрытия и использовали более прочное покрытие. Также, добавили в конструкцию деталь, поглощающую вибрации.
Уроки, которые мы вынесли из этих случаев: необходимо тщательно анализировать условия эксплуатации, выбирать подходящий материал и технологию обработки, у
