Технические науки / 1. Металлургия

к.т.н. Александров Б.И.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Износостойкость штамповых 4X5MФC, 7XC
и жаропрочной 55Х20Г9Н4АЛ сталей

На износостойкость штамповых материалов первостепенное влияние оказывает температура. С увеличением рабочей температуры значительно падает твердость, материал разупрочняется, резко повышается его пластичность. Это приводит к интенсификации процессов адгезионного взаимодействия схватыванием, что в конечном итоге приводит к очень быстрому износу.

Исследования штамповых сталей 7ХC и 4Х5МФС показали, что в условиях повышенных температур 973К и удельном давлении 35МПа после четырех циклов нагружения торцевая плоскость образца превращается в грибообразную форму, а на гравюре просматриваются глубокие трещины. Это свидетельствует о более низком сопротивлении материала термоциклическим ударам и износ испытуемых образцов составляет для стали 7XC - 4,2 кг/м², стали 4Х5МФС - 2,7 кг/ м² стали на 400 м пути.

Существенное снижение твердости и прочности контактной зоны способствует текстурированию поверхностных слоев глубиной до 1,2-1,8 мм и пластическому течению высоконагретых поверхностных слоев. Возникновение наплывов и формоизменение гравюры приводит к ужесточению температурно-силовых условий работы инструмента, что вызывает преждевременный износ.

Как видно из рисунка 1 увеличение температуры нагрева инструмента из сталей 7XC я 4Х5МФС при удельном давлении 25MПa приводит к повышению износа за счет послойного скопления (текстурирования) отдельных структурных составляющих. С повышением температуры испытания выше 973К происходит послойное отделение материала и износ повышается

Анализ микротвердости стали 4Х5МФС и 7XC показал, что до температур 973К поверхностной слой упрочняется почти в два раза выше, чем исходная микротвердость. Исходная макротвердость стали 4Х5МФС составляет Н_v = 2950 кГс/мм², а на поверхности глубиной глубиной до 1,8 мм составляет H_v = 6150 кГс/мм⁴. Микротвердость поверхностной зоны после испытания с температур выше 973К постепенно онижа-ется, происходит разупрочнение.

Влияние температуры на износ стали 55Х20Г9Н4АЛ при удельном давлении 35МПа приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Износ аустенитной стали 55Х20Г9Н4АЛ

Сталь	Износ, кг/м² на 1000 м пути
Сталь	873К	973К	1173К
55Х20Г9Н4АЛ	21,5	22,4	27,2

Рисунок 1 – Влияние температуры на износ штамповых сталей 7XC 4Х5МФС при удельном давлении 25МПа

1 - износ стали 7XC

2 - износ стали 4Х5МФС

Визуально установлено, что на поверхности испытуемых образцов из стали 55Х20Г9Н4АЛ трещин не обнаружено в противоположность образцам из стали 7XC, но наблюдается повышенная пластичность при всех, испытанных температурах.

На основании проведенных исследований можно сделать выводы:

1. Применение стали 7XC и 4Х5МФС для инструмента горячего
деформирования (процесс роторной обкатки) нецелесообразно, так как на поверхности инструмента образуются макро- и микротрещины, которые являются очагом разупрочнения материала при износе, В образовавшиеся трещины внедряется разогретый материал. Происходит интенсивное налипание и нужной формы детали при закатке не получается,

2. Аустенитная жаропрочная сталь 55Х20Г9Н4АЛ при значительном износе во всем диапазоне температур проявляет повышенную пластичность, что приводит к сильному изменению геометрии поверхности.