Применение сталей | компания Металлинвест в Компании Металлинвест

Износостойкие стали » Ремонт Строительство Интерьер

Износостойкие стали и сплавы необходимы для изготовления деталей машин и механизмов, работающих в условиях изнашивания: пары трения, червячные пары, подшипники скольжения, ковши экскаваторов, железнодорожные стрелки, гребные винты судовых моторов и т. п.

Изнашивание — процесс постепенной повреждаемости поверхности детали, которая работает в постоянном или периодическом контакте под нагрузкой с другой деталью (или в контакте с рабочей средой).

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию. Износ выражается в потере веса, в изменении формы, размеров и состояния поверхности детали.

Работоспособность деталей в условиях изнашивания зависит от ряда внешних и внутренних факторов. К внешним факторам относят трение и такие условия работы, как скорость относительного перемещения, нагрузку, температуру; к внутренним — строение материала.

Различают следующие виды изнашивания: механическое, коррозионно-механическое и электроэрозионное (ГОСТ 27674—88). Механическое изнашивание имеет ряд разновидностей — абразивное, адгезионное, окислительное, эрозионное, гидроабразивное и др. Все виды механического изнашивания можно, в свою очередь, подразделить на две группы по признаку того объекта, под влиянием которого происходит этот процесс: на изнашивание в парах трения и изнашивание в контакте с рабочей средой.

В деталях, работающих в паре при постоянных контактных нагрузках, в условиях эксплуатации на поверхности возникает трение. В машиностроительных конструкциях и механизмах в условиях трения работают многочисленные детали: втулки, кулачки, червяки, пальцы поршней, фрикционные диски и др.

Для изготовления пар трения применяют стали, подвергнутые поверхностному упрочнению — XTO (цементации, нитроцементации, азотированию), и после закалки ТВЧ.

Цементуемые стали подразделяют по степени упрочнения сердцевины. При одной и той же твердости цементованного слоя работоспособность деталей повышается по мере увеличения твердости сердцевины.

В первую группу включают низкоуглеродистые стали марок сталь 10, сталь 15, сталь 20: после цементации твердость поверхности составляет 55…63 HRC, а сердцевина ввиду низкой прока-ливаемости имеет ферритно-перлитную структуру и является мягкой (250…350 HB). Вследствие этого углеродистые стали применяют для малоответственных деталей, таких как втулки, кулачки, звездочки и др.

Ко второй группе относят низкоуглеродистые низколегированные стали — хромистые и марганцовистые (15Х, 20Х, 10Г, 20Г). После цементации, закалки и низкого отпуска твердость их поверхности составляет 55…63 HRC, а сердцевина представляет собой мартенсит отпуска. Стали этой группы имеют нормальную прочность (ов = 700…800 МПа). Их применяют для производства таких деталей, как пальцы, толкатели, диски, шестерни, поршневые пальцы, фрикционные диски, кулачковые валы, плунжеры и др.

Для ответственных крупногабаритных деталей применяют цементуемые комплексно-легированные низкоуглеродистые стали (12ХН3А, 20ХГНР и др.), отличающиеся хорошей пластичностью и ударной вязкостью. При усложнении легирования в сталях повышается временное сопротивление при растяжении, увеличивается критический диаметр, т. е. увеличивается прокаливаемость (табл. 14.10).

Для производства деталей, контактирующих при эксплуатации с рабочей средой, существуют весьма разнообразные материалы: выбор их зависит от типа этих сред. Например, материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию, необходимы для изготовления таких деталей, которые при эксплуатации контактируют с грунтом, твердой породой: буровой инструмент, шнеки, бункера, детали рудомелющих агрегатов, детали засыпных агрегатов доменных печей и др.

Материалами, стойкими к абразивному изнашиванию, являются высокоуглеродистые заэвтектоидные стали (1,0…1,2 % С) и карбидные сплавы.

Карбидные сплавы принадлежат к системе легирования Fe + 4%C + Cr + W + Ti + (Mn, Ni). Детали из них изготовляют литыми или в виде наплавок на изделие электродуговой сваркой. Термообработку к деталям из этих сплавов не применяют. Фазовый состав карбидных сплавов включает мартенсит, 10…50 % карбидов крупных (микронных и миллиметровых) размеров, а также в некоторых сплавах аустенит. Количество аустенита регулируют введением никеля и марганца. Карбиды в этих сплавах являются высокомодульными соединениями Сr7С3, VC, TiC, WC. Твердость сплавов 61…63 HRC.

В марках данных сплавов (95Х7Г5С, 250X38, 350Х15Г3Р1, 370Х7Г7С), а также заэвтектоидных сталей указывают процентное содержание углерода, увеличенное в 100 раз (табл. 14.11).

Для работы в условиях абразивного изнашивания могут применять так называемые твердые сплавы, которые представляют собой порошковый спеченный материал, содержащий высокотвердые карбиды: основным является карбид вольфрама (80…97 %), а в качестве связующего используют кобальт (3…12 %).

Маркировка твердых сплавов включает буквы, обозначающие тип карбида и кобальта (для содержащих карбид вольфрама) либо количество других карбидов и количество кобальта. Карбид вольфрама WC обозначают буквой В, карбид титана TiC — буквой Т; две буквы TT означают, что сплав содержит одновременно карбиды титана TiC и тантала TaC. Примеры маркировки и химического состава некоторых твердых сплавов приведены ниже:

Твердые сплавы отличаются высокой износостойкостью. Их применяют в горнодобывающей, нефтеперерабатывающей промышленности, а также широко используют как инструментальный материал для изготовления режущего инструмента, узлов штампов, волочильных агрегатов и др.

Материалы, стойкие к ударно-абразивному изнашиванию, необходимы для производства деталей, работающих в условиях одновременного воздействия ударных нагрузок и трения абразивными частицами (грунт). Такие условия работы характерны для траков гусеничных машин, зубьев ковшей экскаваторов, кулаков мощных камнедробилок, крестовин железнодорожных рельсов.

Материал этих деталей должен иметь как высокую твердость поверхности для сопротивления износу в контакте с грунтом, так и вязкую сердцевину для сопротивления ударным нагрузкам. В максимальной степени таким требованиям удовлетворяет сталь Гатфильда — высоколегированная сталь системы Fe — С — Mn. Это сталь аустенитного класса: в твердом состоянии она имеет структуру аустенита, не изменяемую при термической обработке.

Износостойкость и стойкость к ударному нагружению эта сталь приобретает не в результате термообработки, а в процессе эксплуатации.

Основное свойство стали Гатфильда заключается в том, что марганцевый аустенит интенсивно упрочняется (наклепывается) под действием холодной пластической деформации, особенно сильно — при ударных нагрузках. В этих условиях твердость приповерхностных слоев детали из стали 110Г13Л возрастает примерно втрое вследствие наклепа, а сердцевина детали остается вязкой, что связано с пластичностью ГЦК-решетки аустенита. Благодаря такой макроструктуре детали обеспечивается стойкость и к абразивному изнашиванию (поверхность), и к ударным нагрузкам (сердцевина).

Сталь марки 110Г13Л содержит 0,9…1,4 % С, 11,5…14 % Mn, а также Si, Ni, Cu, Cr (< 1 % каждого). Буква Л в маркировке означает, что изделия из этой стали имеют литую макроструктуру.

Устойчивые к коррозии материалы | Руководство по выбору материалов

Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам

Нержавеющая сталь 316

Нержавеющая сталь

Во всех марках нержавеющей стали главными компонентами, отвечающими за коррозионную стойкость и пластичность металла, являются хром и никель. Добавление > 10 % хрома делает сталь нержавеющей, создавая на поверхности слой, содержащий большое количество оксида хрома. Этот слой образуется в результате реакции содержащегося в сплаве хрома с кислородом из атмосферного воздуха. Он придает стали свойство, которое делает ее нержавеющей. Добавление никеля обеспечивает хорошую пластичность и улучшенные свойства формовки и сварки.

Однако не все прутковые заготовки одинаковы. Содержание никеля и хрома в трубных обжимных фитингах и инструментальных кранах Swagelok из нержавеющей стали 316/316L превышает минимальные требования стандартов ASTM для прутков и поковок.

Следует учитывать, что хотя нержавеющая сталь разных марок и не подвержена сплошной коррозии, на ней может возникать местная коррозия.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; водородным охрупчиванием; межкристаллитной коррозией

Материал имеет значение

Опасность коррозионного растрескивания под напряжением возрастает при высоких значениях концентрации хлоридов, температуры и растягивающих напряжений. Все марки нержавеющей стали подвержены коррозионному растрескиванию под напряжением. Мы провели испытания фитингов Swagelok для трубок под давлением на устойчивость к SCC и получили превосходные результаты.

Трубные обжимные фитинги и инструментальные краны Swagelok из нержавеющей стали 316 превышают минимальные требования стандартов ASTM.

Cплавы 6Mo

Нержавеющая сталь

Сплавы 6-Moly (6Mo) представляют собой супераустенитную нержавеющую сталь, которая содержит не менее 6 % молибдена и имеет значение PREN (коэфф. устойчивости к точечной коррозии) не ниже 40. Сплав 6HN (UNS N08367) содержит на 6 весовых процентов больше никеля (Ni), чем сплав 254 (UNS S31254). Благодаря такому повышенному содержанию никеля сплав 6HN имеет повышенную стабильность с точки зрения формирования нежелательных интерметаллических фаз. Сплав 6HN проявил более высокую коррозионную стойкость в хлоридсодержащих средах по сравнению со сплавом 254.

• Устойчивость к точеной и щелевой коррозии под воздействием хлоридов.
• Устойчивость к коррозионному растрескиванию под напряжением (CSCC) под воздействием хлоридов.
• Предел текучести материала на 50 % выше, чем у аустенитных нержавеющих сталей серии 300.
• Ударная прочность, хорошая обрабатываемость и свариваемость.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok из сплава 6-Moly предлагаются из прутков и поковок 6HN (UNS N08367), соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением

Сплав cупердуплексной нержавеющей стали 2507

Нержавеющая сталь

Дуплексная нержавеющая сталь имеет двухфазную микроструктуру, состоящую из зерен аустенита и феррита. Такая структура придает этим материалам сочетание привлекательных свойств, включая прочность, пластичность и коррозионную стойкость.

Сплав супердуплексной феррито-аустенитной нержавеющей стали 2507 отлично подходит для работы в высококоррозионных условиях. В ее состав входят никель, молибден, хром, азот и марганец, что обеспечивает превосходную устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, коррозионному, а также растрескиванию под напряжением при сохранении качества свариваемости.

• Повышенный предел текучести и прочности на разрыв при повышенных номинальных параметрах давления.
• По сравнению с трубками из стали 316/316L с таким же наружным диаметром и номинальным давлением меньшая толщина стенок способствует увеличению потока среды.
• Свариваемость.
• Области применения с температурами до 482 °F (250 °C).
• Более высокая теплопроводность / более низкий коэффициент температурного расширения в сравнении с нержавеющей сталью 316.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Изделия Swagelok из сплава 2507 предлагаются из прутков и поковок, соответствующих требованиям стандарта NORSOK M-650, регламентирующего поставщиков стали.

Механические свойства сплава 2507 делают его превосходным выбором для морских систем высокого давления и подводных систем, где необходимо учитывать факторы коррозии, большого расхода среды и веса.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением

Сплав 825

Никелевые сплавы

Назначение сплава 825 (Incoloy^® 825), в состав которого входят никель, железо, хром и молибден, состоит в том, чтобы обеспечить устойчивость к сплошной, точечной и щелевой коррозии, а также коррозионному растрескиванию под напряжением (SCC) в широком диапазоне рабочих сред.

• Стойкость к межкристаллитной коррозии благодаря стабилизации титаном
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)
• Стойкость при использовании в кислотных средах (в т. ч. в серной или фосфорной кислоте).

Для борьбы со:

General Corrosion; Localized Corrosion; Stress Corrosion Cracking; Sour Gas Cracking

Сплав 625

Никелевые сплавы

Назначение сплава 625 (Inconel^® 625), в состав которого входят никель, хром и молибден с небольшой добавкой ниобия, состоит в том, чтобы снизить риск межкристаллитной коррозии в широком спектре крайне агрессивных сред.

• Стойкость к воздействию соляной и азотной кислот.
• Прочность и пластичность.
• Стойкость к щелевой и точечной коррозии при высоких температурах.
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды

Сплав C-276

Никелевые сплавы

Сплав C-276 (Hastelloy^® C-276) содержит никель, молибден и хром. Высокое содержание молибдена делает этот сплав особо устойчивым к точечной и щелевой коррозии. Он относится к немногим материалам, которые обладают устойчивостью к коррозионным воздействиям влажного газообразного хлора, гипохлорита и диоксида хлора.

• Устойчивость к окислительным и кислотным рабочим средам.
• Пластичность, ударная вязкость и прочность при высоких температурах.
• Устойчивость к щелевой и точечной коррозии, сульфидной коррозии под напряжением (SSC) и межкристаллитной коррозии (IGC)
• Возможность использования в среде высокосернистого газа (NACE MR0175/ISO 15156)

Следует иметь в виду, что данный сплав НЕ рекомендуется использовать в средах с сильной окислительной способностью, таких как горячая и концентрированная азотная кислота.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды

Сплав 400

Никелевые сплавы

Сплав 400 (Monel^® 400) является медно-никелевым сплавом, который известен своей исключительной стойкостью к плавиковой кислоте, а также к коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии в большинстве видов чистых и технических вод.

• Прочность и коррозионная стойкость в условиях широкого диапазона температур и рабочих сред.
• Сохранение механических свойств при температурах ниже нуля.

Следует иметь в виду, что стоячая морская вода по результатам экспериментов способствует возникновению щелевой и точечной коррозии у данного сплава.

Для борьбы со:

сплошной коррозией; местной коррозией; коррозионным растрескиванием под напряжением; Коррозия под воздействием высокосернистой среды

Титановые сплавы

Стабильная оксидная пленка с надежной адгезией защищает титановые сплавы от коррозии. Эта пленка образуется мгновенно под воздействием воздуха или влаги на поверхность. Следует избегать безводных условий в отсутствие источника кислорода, поскольку в случае повреждения защитная пленка не восстановится.

Титан успешно применяется во многих системах благодаря превосходной коррозионной стойкости в следующих средах:

• хлоридсодержащие растворы и газ с содержанием влажного хлора;
• водные растворы хлоритов, гипохлоритов, перхлоратов и двуокиси хлора;
• естественная и хлорированная морская вода достаточно высокой температуры.

Титан и его сплавы:

• обладают исключительно высокой стойкостью к коррозии, вызванной микроорганизмами;
• высокоустойчивы к кислотам-окислителям различной концентрации и температуры (к распространенным кислотам этой категории относятся азотная, хромовая, хлорная и хлорноватистая кислота [влажный Cl]).

Ограничивающие факторы для применения титана и его сплавов:

• нелегированный титан иногда подвержен коррозии в водных хлоридсодержащих средах при условиях, не прогнозируемых с помощью скорости общей коррозии;
• сухой хлор может подвергнуть титан резкому окислению, вплоть до возгорания;
• титан не подходит для использования с фтористыми газами, чистым кислородом и водородом.

Сочетания компонентов из различных сплавов

В морских установках, в которых фитинги Swagelok из нержавеющей стали 316/316L проявили себя хорошо, а трубки из стали 316/316L подверглись щелевой коррозии в хомутах, возможно, будет экономически выгодно использовать фитинги из стали 316/316L в сочетании с трубками из более коррозионностойкого сплава. В сочетаниях компонентов из различных сплавов используются трубные обжимные фитинги Swagelok из стали 316/316L с трубками из сплавов 254, 904L, 825 или Tungum^® (медный сплав UNS C69100).

Повышенное содержание хрома и никеля в стали 316/316L обеспечивает более высокую стойкость трубных обжимных фитингов Swagelok к местной коррозии. Превосходный обхват трубки обеспечивается за счет запатентованной компанией Swagelok конструкции заднего обжимного кольца и шарнирно-цангового способа обжима (hinging-colleting™), при котором достигается низкий крутящий момент и вращение гайки не передается на трубку. Процесс низкотемпературного науглероживания SAT 12, запатентованный компанией Swagelok, применяется для упрочения поверхности задних обжимных колец, что упрощает достижение превосходного обхвата трубок из вышеперечисленных сплавов.

Сочетания компонентов из различных сплавов могут стать экономически эффективным коррозионностойким решением, обеспечивающим следующие преимущества в морских установках:

• содержание никеля и хрома в стандартной нержавеющей стали Swagelok 316, превышающее минимальные требования стандарта ASTM A479, благодаря чему достигается более высокое значение PREN и повышенная стойкость к местной коррозии;
• высокая стойкость к точечной и щелевой коррозии трубок из специальных сплавов;
• низкий риск контактной коррозии за счет позиций 316, 254, 904L и 825 в таблице электродных потенциалов или с учетом длительной успешной эксплуатации фитингов из стали 316/316L с трубками из сплава Tungum.

Как и во всех узлах, в которых используются разные материалы, значения номинального давления для трубок и фитингов из разных сплавов определяются по материалу с самым низким значением номинального давления. Номинальные параметры давления см. в справочнике «Данные по трубкам — сочетания компонентов из различных сплавов», MS-06-117.

С помощью числового эквивалента стойкости к точечной коррозии (Pitting Resistance Equivalent Number, PREN) измеряется стойкость к местной точечной коррозии. Более высокие значения PREN показывают более высокую стойкость материала к точечной коррозии.

Связаться с экспертомДоступ к экспертным сервисам

Чтобы получить больше информации, ознакомьтесь с дополнительными полезными информационными материалами от Swagelok.

> Просмотреть и загрузить подготовленную к печати версию руководства по подбору материалов

Механические свойства металлов. Инструментальные и конструкционные материалы.

Механические свойства металлов. Инструментальные и конструкционные материалы.

align=»center»>

Материалы

Инструментальные и конструкционные материалы

Механические свойства металлов

Большинство деталей машин, обрабатываемых на металлорежущих станках, изготавливается из металлов и их сплавов. Наибольшее распространение имеют чугуны и стали, в меньшей степени — цветные металлы. Для режущих инструментов широко применяются твердые сплавы и абразивные материалы.
Обрабатываемость металлов резанием характеризуется их механическими свойствами: твердостью, прочностью, пластичностью.
Твердость — способность металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Наиболее распространены два способа определения твердости: Бринелля и Роквелла.
Твердость по Бринеллю устанавливается вдавливанием в испытуемый металл стального закаленного шарика под определенной нагрузкой. Полученную этим способом твердость обозначают буквами HB и определяют делением нагрузки на площадь сферического отпечатка. Прибор Бринелля применяется для определения твердости сырых или слабо закаленных металлов, так как при больших нагрузках шарик деформируется и показания искажаются.
Твердость по Роквеллу определяется вдавливанием в подготовленную ровную поверхность алмазного конуса или закаленного шарика. Значение твердости выражается в условных единицах и отсчитывается по черной или красной индикаторным шкалам прибора. Для очень твердых металлов незначительной толщины применяют алмазный конус с нагрузкой 588 Н, а значение твердости определяют по черной шкале и обозначают HRA.
Твердость закаленных сталей определяют, вдавливая алмазный конус при нагрузке 1470 Н, по черной шкале и обозначают HRCэ.
Испытание твердости шариком с нагрузкой 980 Н на приборе Роквелла предусмотрено для мягких незакаленных металлов. В этом случае отсчет показаний ведут по красной шкале, а твердость обозначают HRB.
Прочность — способность металла сопротивляться разрушению под действием внешних сил.
Для определения прочности образец металла установленной формы и размера испытывают на наибольшее разрушающее напряжение при растяжении, которое называют пределом прочности (временное сопротивление) и обозначают Σ_в (сигма).
Пластичность — способность металла, не разрушаясь, изменять форму под нагрузкой и сохранять ее после прекращения действия нагрузки.
При испытании на растяжение пластичность характеризуется относительным удлинением Δ (дельта), которое соответствует отношению приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине в процентах.
Черные металлы
Железоуглеродистые сплавы с примесями марганца, кремния, серы, фосфора и некоторых других элементов принято называть черными металлами. В зависимости от содержания углерода они делятся на две группы: чугуны и стали.
Чугун — сплав железа с углеродом, содержащий свыше 2,3% углерода (практически от 2,5 до 4,5%). Углерод в нем может находится в химически связанном состоянии в виде карбида железа (цементита) и в свободном состоянии — в виде графита. В соответствии с этим чугуны делятся на белые — передельные и серые — литейные.
В белом чугуне почти весь углерод находится в состоянии карбида железа (Fe₃C), обладающего высокой твердостью. Такие чугуны имеют мелкозернистое строение с серебристо-белой поверхностью в изломе, высокую твердость, трудно поддаются обработке резанием, плохо заполняют форму и поэтому используются в основном для выплавки сталей.
В сером чугуне большая часть углерода находится в свободном состоянии в виде мелких пластинок графита. Последние, разделяя структуру чугуна и действуя как надрезы, значительно уменьшают его прочность и увеличивают его хрупкость. Такие чугуны имеют в изломе серый цвет, обладают хорошими литейными свойствами, почти не дают усадку в отливках и сравнительно легко обрабатываются резанием. Однако, имея в своем составе твердые зерна цементита, серые чугуны значительно ускоряют изнашивание инструмента, что не позволяет обрабатывать их с высокими скоростями резания.
Марки серого чугуна обозначаются буквами СЧ и числами, соответствующими его пределу прочности при растяжении в кгс/мм².
В промышленности также применяются отливки из высокопрочных и ковких чугунов.
Высокопрочный чугун получают прибавлением к расплавленному чугуну присадок магния и ферросилиция, благодаря чему выделяющийся углерод приобретает шаровидную форму. Такой чугун обладает повышенной прочностью и пластичностью. Его применяют для деталей, работающих при значительных механических нагрузках.
В ковком чугуне графит имеет хлопьевидную форму. Этот чугун получают длительным отжигом отливок из белого чугуна. Такие чугуны обладают повышенной прочностью и пластичностью и по своим свойствам занимают промежуточное положение между серым чугуном и сталью.
Высокопрочные и ковкие чугуны маркируются буквами и цифрами: ВЧ — высокопрочный чугун, КЧ — ковкий чугун; первые две цифры — предел прочности при растяжении в кгс/мм² (1кгс/мм² = 9,608МПа ? 10МПа).
Сера и фосфор — вредные примеси. Сера придает хрупкость чугуну, делает его густотекучим и пузырчатым. Фосфор увеличивает хрупкость чугуна, но делает его жидкотекучим.
Сталь — это сплав железа с углеродом, содержащий до 1,8% углерода.
Стали относятся к пластичным металлам, которым деформированием можно придать необходимую форму. По химическому составу они делятся на углеродистые и легированные; по назначению — на конструкционные, инструментальные, особого назначения (нержавеющие, жаропрочные и др.).
Углеродистые конструкционные стали подразделяются на обыкновенного качества, качественные и автоматные. Стали обыкновенного качества обозначаются буквами Ст и цифрами о 0 до 7. Качественные имеют меньше посторонних примесей. Они маркируются цифрами 08, 10, 15, 20 и так далее до 60, указывающие содержание углерода в сотых долях процента. Выпускаются две группы таких сталей: I — с нормальным и II — с повышенным содержанием марганца. Последние в конце маркировки имеют букву Г — марганец. Качественные стали группы II обладают повышенной прочностью и упругостью.
Легированные конструкционные стали, кроме обычного состава, содержат хром, ванадий, вольфрам, никель, алюминий и др. Эти элементы придают стали определенные свойства: прочность, твердость, прокаливаемость, износостойкость и т.д.
Марки легированных сталей обозначают буквами и цифрами. Первые две цифры указывает среднее содержание углерода в сотых долях процента; затем следуют цифры, обозначающие легирующий элемент; цифры после букв — примерное содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание элемента близко к 1%, цифра после буквы не ставится.
В маркировке приняты следующие буквенные обозначения элементов: Г — марганец, С — кремний, Х — хром, Н — никель, М — молибден, В — вольфрам, Ф — ванадий, К — кобальт, Ю — алюминий, Т — титан, Д — медь.
Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная.
Инструментальные стали делятся на углеродистые, легированные и быстрорежущие.
Углеродистые инструментальные стали содержат углерода от 0,65 до 1,35%, обладают высокой прочностью, твердостью в закаленном состоянии 63-65 HRCэ и теплостойкостью до 200-250 градусов С.
Они делятся на качественные и высококачественные. Последние содержат меньше серы, фосфора и остаточных примесей. Марки этих сталей обозначают буквой У — углеродистая, а цифры после нее указывают среднее содержание углерода в десятых долях процента. У высококачественных сталей в конце маркировки указывается буква А. Углерод существенно влияет на свойства стали. С повышением его содержания твердость, износостойкость и хрупкость стали увеличиваются, но вместе с тем ухудшается его обработка резанием.
Легированную инструментальную сталь получают введением в высокоуглеродистую сталь хрома, вольфрама, ванадия и других элементов, которые повышают ее режущие свойства. Благодаря легирующим элементам эта сталь приобретает повышенную вязкость и износостойкость в закаленном состоянии, меньшую склонность к деформациям и трещинам при закалке, более высокую теплостойкость (до 300-350 градусов С) и твердость в состоянии поставки. Легированные инструментальные стали маркируются аналогично конструкционным с той лишь разницей., что первая цифра в начале марки означает содержание углерода в десятых долях процента.
Быстрорежущие стали представляют собой легированные инструментальные стали с высоким содержанием вольфрама (до 18%). После термообработки (закалки и многократного отпуска) они приобретают высокую красностойкость до 600 градусов С, твердость 63-66 HRCэ и износостойкость.
Быстрорежущие стали маркируются буквами и цифрами. Первая буква Р означает, что сталь быстрорежущая. Цифры после нее указывают среднее содержание вольфрама в процентах. Остальные буквы и цифры означают то же, что и в марках легированных сталей.
Быстрорежущие стали, легированные ванадием и кобальтом, имеют повышенные режущие свойства. Они предусмотрены для труднообрабатываемых сталей и сплавов высокой прочности и вязкости.
Структура быстрорежущей стали (рисунок слева) — мелкие, твердые, однородно распределенные карбиды и мартенсит, легированный для теплостойкости вольфрамом и (или) молибденом тут

Примерное назначение и свойства быстрорежущих сталей

Цветные металлы

Из цветных металлов наибольшее промышленное применение получили медь, алюминий и сплавы на их основе.
Медь — мягкий пластичный металл розовато-красного цвета, обладающий высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозийной стойкостью.
В отожженном состоянии она характеризуется пределом прочности при растяжении Σ_в= 19,6 — 23,6 МПа. Твердостью по Бринеллю 35 -45 НВ.
Медные сплавы — латуни и бронзы по сравнению с медью более дешевы, имеют лучшие литейные свойства, большую прочность и хорошо обрабатываются резанием. Кроме свойств, присущих меди, они обладают способностью прирабатываться и противостоять изнашиванию. Это важное эксплуатационное качество — антифрикционность — обусловливает широкое применение медных сплавов, особенно бронз, в деталях машин, работающих в условиях повышенного трения (червячные колеса, гайки винтовых передач, вкладыши подшипников скольжения и др.).
Латунь — медноцинковый сплав. Различают простые латуни, состоящие из меди и цинка, и специальные — содержащие дополнительно легирующие элементы, которые улучшают механические свойства латуни.
Маркировка латуней: первая буква Л указывает на название сплава — латунь. Следующая за ней цифра обозначает среднее содержание меди в процентах. Специальные латуни маркируются дополнительно буквами, обозначающими легирующие элементы: А — алюминий, Мц — марганец, К — кремний, С — свинец, О — олово, Н — никель, Ж — железо. Первые две цифры, стоящие за буквами, указывают среднее содержание меди в процентах, последующие цифры — содержание других элементов; остальное в сплаве цинк. Буква Л — в конце марки указывает, что латунь литейная. Например, марка ЛАЖ60-1-1 — специальная, алюминиево-железистая латунь содержит 60% меди, 1% — алюминия, 1% — железа, остальное цинк.
Бронза — сплав меди с оловом, марганцем, алюминием, фосфором, никелем и другими элементами.
В зависимости от состава бронзы делятся на оловянистые и специальные (безоловянисые).
Маркировка бронз основана на том же принципе, что и латуней. Впереди стоят буквы Бр — бронза, далее следуют буквенные обозначения элементов, входящих в состав сплава, и за ними — цифры, указывающие среднее содержание этих элементов в процентах.
Алюминий — мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета, отличается высокой электропроводностью, коррозийной стойкостью, малой плотностью и хорошо обрабатывается давлением.
В отожженном состоянии алюминий обладает малой прочностью Σ_в=78,5 — 118 МПа и твердостью 15-25 НВ.
Алюминиевые сплавы, имея положительные качества алюминия, обладают, кроме того, повышенной прочностью и лучшими технологическими свойствами. Благодаря малой плотности их принято называть легкими сплавами.
В зависимости от состава и технологических свойств алюминиевые сплавы делятся на деформируемые и литейные. Их марки обозначаются буквами и цифрами. Так, например, деформируемые сплавы на основе алюминий — медь — магний (дюралюминий) маркируются буквой Д; алюминий — марганец : АМц, алюминий — магний: АМг; сплавы для поковок и штамповок — АК; литейные сплавы АЛ. Цифры после букв соответствуют порядковому номеру сплава. Лучшими литейными сплавами являются сплавы на основе алюминий — кремний, называемые силуминами.

Твердые сплавы

Твердые сплавы выпускаются в виде пластинок различных форм и размеров, получаемых методом порошковой металлургии (прессованием и спеканием). Основой для них служат порошки твердых зерен карбидов тугоплавких металлов (вольфрама, титана, тантала), сцементированных кобальтом.
Промышленностью выпускаются три группы твердых сплавов: вольфрамовые — ВК, титановольфрамовые — ТК и титанотанталовольфрамовые — ТТК.
В обозначении марок сплавов используются буквы: В — карбид вольфрама, К — кобальт, первая буква Т — карбид титана, вторая буква Т — карбид тантала. Цифры после букв указывают примерное содержание компонентов в процентах. Остальное в сплаве (до 100%) — карбид вольфрама. Буквы в конце марки означают: В — крупнозернистую структуру, М — мелкозернистую, ОМ — особомелкозернистую.
Характерными признаками, определяющими режущие свойства твердых сплавов, являются высокая твердость, износостойкость и красностойкость до 1000 градусов С. Вместе с тем эти сплавы обладают меньшей вязкостью и теплопроводностью по сравнению с быстрорежущей сталью, что следует учитывать при их эксплуатации.
При выборе твердых сплавов необходимо руководствоваться следующими рекомендациями.
Вольфрамовые сплавы (ВК) по сравнению с титановольфрамовыми (ТК) обладают при резании меньшей температурой свариваемости со сталью, поэтому их применяют преимущественно для обработки чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.
Сплавы группы ТК предназначены для обработки сталей.
Титанотанталовольфрамовые сплавы (ТТК), обладая повышенной прочностью и вязкостью, применяются для обработки стальных поковок, отливок при неблагоприятных условиях работы.
Для тонкого и чистового точения с малым сечением стружки следует выбирать сплавы с меньшим количеством кобальта и мелкозернистой структурой.
Черновая и чистовая обработки при непрерывном резании выполняются в основном сплавами со средним содержанием кобальта.
При тяжелых условиях резания и черновой обработке с ударной нагрузкой следует применять сплавы с большим содержанием кобальта и крупнозернистой структурой.

Основные марки вольфрамосодержащих твердых сплавов и области их применения

Минералокерамические материалы

В целях экономии дорогостоящих и редких материалов, входящих в состав твердых сплавов, создан минералокерамический материал — микролит марки ЦМ332 на основе корунда (оксида алюминия — Al₂O₃) в виде пластинок белого цвета. Микролит превосходит твердые сплавы по твердости и красностойкости (1300 градусов С), уступая им значительно по вязкости. Поэтому его применяют в основном для получистового и чистового точения при жесткой технологической системе и безударной нагрузке.
Так же разработаны более прочные керамические материалы, в частности марки В3, в виде многогранных неперетачиваемых пластинок черного цвета, содержащих, кроме корунда, карбиды тугоплавких металлов. Как показывает практика, такие пластины успешно конкурируют с твердым сплавом при чистовой обработке сталей и высокопрочных чугунов.
Сверхтвердые инструментальные материалы. Природные (А) и синтетические (АС) алмазы представляют собой кристаллическую модификацию чистого углерода. Они обладают самой большой из всех известных в природе материалов твердостью (по последним данным получены материалы, способные обрабатывать алмаз в твердых сечениях), теплостойкостью до 850 градусов С, низким коэффициентом трения и высокой теплопроводностью. Вместе с тем алмазы характеризуются хрупкостью и интенсивностью изнашивания при резании черных металлов. Последнее свойство объясняется диффузией углерода алмаза в железе при высокой температуре. Вследствие этого область применения алмазных резцов практически ограничивается тонким точением пластмасс и цветных металлов.
Для обработки резанием цветных металлов создан новый синтетический материал — кубический нитрид бора (КНБ). Такие материалы выпускаются с размерами заготовок 4-8 мм под общим названием композиты трех марок: композит 01 (эльбор Р), композит 05 и композит 10 (гексанит Р). Обладая химической инертностью к углероду и железосодержащим материалам, композиты по твердости приближаются к алмазу, но примерно вдвое превосходят его по теплостойкости (1600 градусов С). Поэтому они способны резать не только сырые, но и закаленные до высокой твердости стали.

Основные характеристики и области применения безвольфрамовых твердых сплавов

Основные характеристики и области применения пластин из минералокерамики

Основные характеристики и области применения
сверхтвердых синтетических материалов

Текст для этой страницы предоставил Дмитрий Лабаза

Износостойкие материалы высокой твердости :: HighExpert.RU

Износостойкие материалы высокой твёрдости используются главным образом в трибосистемах, подверженных абразивному изнашиванию. Основным показателем, определяющим износостойкость при изнашивании закреплённым абразивом, имеющим твёрдость, намного превышающую твёрдость изнашиваемого материала, является твёрдость (микротвёрдость) поверхностного слоя.

Сверхтвёрдые материалы

К сверхтвёрдым материалам (микротвёрдость которых превышает 50 000 МПа) относятся кубические модификации углерода (алмаз) и нитрида бора.

Синтетические алмазы в виде порошков и плотных поликристаллических образований типа баллас и карбонадо используют для приготовления абразивного инструмента и абразивных паст. Спеканием смеси микропорошков синтетических и природных алмазов получают плотные поликристаллические образования алмаза с мелкозернистой структурой — СВ и дисмит. Алмазы марки СВ предназначены для буровых коронок и долот, а также пил, применяемых для резки неметаллических материалов.

Дисмит применяют для изготовления горнобурового инструмента, а также режущего инструмента (резцов, свёрл и др.), используемого при методах обработки цветных металлов и сплавов, пластмасс, стеклопластиков.

Кубический нитрид бора получают только синтетическим путём из гексагональной модификации. Применяется главным образом для изготовления абразивного инструмента. По твёрдости кубический нитрид бора уступает алмазу, но существенно превосходит его по теплостойкости.

Металлоподобные соединения

Высокой твердостью и износостойкостью обладают металлоподобные карбиды переходных металлов с незаполненными d-электронными оболочками. Некоторые детали из карбидов изготовляют методами порошковой металлургии (прессование с последующим спеканием или горячее прессование). Карбиды широко используют в качестве основного компонента твёрдых сплавов, наплавочных материалов, поверхностных покрытий. Карбиды служат в качестве упрочняющей фазы легированных сталей и поверхностных слоёв, образующихся при цементации, нитроцементации, карбонитрации и др.

Неметаллические бескислородные соединения

Карбид кремния SiC

Карбид кремния SiC (или карбокорунд) представляет собой соедиения кремния с углеродом. Кроме модификации с гексагональной кристаллической решёткой (альфа — SiC) имеется модификация с кубической структурой типа алмаза (бета — SiC). Карбид кремния отличается высокой твердостью, теплопроводностью, огнеупорностью, специфическими электрическими и полупроводниковыми свойствами. Карбид кремния химически стоек (на него действует только смесь азотной и плавиковой кислот, а также фосфорная кислота при температуре +230 ^оС).

Из карбида кремния изготовляют изделия методами керамической или порошковой технологии. Беспористые поликристаллические материалы, получаемые горячим прессованием или реакционным спеканием, отличаются от пористых более высокими механическими свойствами, тепло- и электропроводностью, химической стойкостью. Беспористые материалы на основе карбида кремния применяют в качестве специальных огнеупоров, высокотемпературных нагревателей, торцевых уплотнений, для изготовления деталей, подвергающихся интенсивному коррозионному и абразивному воздействию. Карбид кремния является составной частью силицированного графита, выпускаемого в соответствии с ТУ 48-01-77-71.

Топ-10 самых твёрдых материалов на Земле — FEA.RU | CompMechLab

Алмаз до сих пор остается эталоном твёрдости и  используется в различных методиках измерения механической твёрдости материалов  (методы Роквелла, Виккерса, Мооса). Но существуют материалы, не только сравнимые по твердости с алмазом, но и превосходящие его по этой характеристике. 

В статье журнала «Популярная механика» для сравнения материалов приведена их микротвёрдость по Виккерсу. Сверхтвёрдыми считаются материалы, твёрдость которых превышает 40 ГПа. Для «эталонного» алмаза этот показатель может колебаться в пределах 70 -150 ГПа в зависимости от его чистоты и метода получения (как правило, приводится величина твёрдости алмаза 115 ГПа). То же самое относится и к другим материалам: их твёрдость меняется в зависимости от условий синтеза образца, а иногда варьируется и в зависимости от направления приложенной к нему нагрузки.

1. Фуллерит (до 310 ГПа)

Полимеризованный фуллерит — самое твёрдое вещество, известное науке на данный момент. Он представляет собой молекулярный кристалл — структуру, в узлах которой находятся не отдельные атомы, а целые молекулы (фуллерены — одна из аллотропных модификаций углерода, по форме напоминающая футбольные мячики). Фуллерит оставляет царапины на алмазной поверхности, как на пластмассе.

2. Лонсдейлит (до 152 ГПа)

Предсказание существования лонсдейлита практически совпало по времени с его обнаружением в природе. Эта аллотропная модификация углерода, во многом похожая на алмаз, была найдена в метеоритном кратере. Но природный лонсдейлит, который, вероятно, образовался из графита, входившего в состав метеорита, не отличался рекордной твёрдостью. Лишь в 2009 году ученые доказали, что в отсутствии примесей лонсдейлит может быть твёрже алмаза. Высокую твёрдость ему придает примерно тот же механизм, который действует в случае вюртцитного нитрида бора.

3. Вюртцитный нитрид бора (до 114 ГПа)

Нитрид бора с вюртцитной (плотной гексагональной) кристаллической структурой твёрже, чем кажется: в момент приложения нагрузки он претерпевает локальные структурные модификации, межатомные связи в его решетке перераспределяются, и твёрдость материала вырастает на 78%.

4. Наноструктурированный кубонит (до 108 ГПа)

Кубический нитрид бора был впервые получен в 1957 году Робертом Венторфом (Robert H. Wentorf Jr.) для компании General Electric. В 1969 году компания зарегистрировала торговую марку «Боразон» для кристалла.

В СССР кубический нитрид бора был впервые синтезирован в Институте физики высоких давлений Академии наук под руководством академика Л. Ф. Верещагина. С 1965 года эльбор синтезировался в промышленных масштабах по технологии Абразивного завода «Ильич» (Ленинград).

Уникальные свойства кубонита (также известного под названиями эльбора, боразона и кингсонгита) широко используются в промышленности. Твёрдость кубонита (кубической модификации нитрида бора) близка к алмазной и составляет 80−90 ГПа. В силу закона Холла-Петча, уменьшение размера кристаллических зерен ведет к увеличению твёрдости, и ученые доказали, что наноструктурирование кубонита способно увеличить его твёрдость до 108 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора (до 76 ГПа)

Атомы азота, углерода и бора близки по размерам. Углерод и бор образуют схожие кристаллические структуры, отличающиеся высокой твёрдостью. Ученые предпринимают попытки синтезировать сверхтвёрдые материалы, состоящие из атомов всех трех типов — и не безуспешно: например, кубическая модификация BC₂N демонстрирует твёрдость 76 Гпа.

6. Карбид бора (до 72 ГПа)

Карбид бора — распространенный в современной промышленности материал — был получен еще в позапрошлом веке. Его микротвёрдость (49 ГПа) может быть значительно повышена введением в кристаллическую решетку ионов аргона — до 72 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний (до 70 ГПа)

Сплавы на основе системы бор-углерод-кремний чрезвычайно устойчивы к химическому воздействию и высокой температуры, они отличаются высокой микротвёрдостью, достигающей 70 ГПа (для B₄C-B₄Si)

8. Борид магния-алюминия (до 51 ГПа)

Сплав бора, магния и алюминия известен своим низким коэффициентом трения скольжения (если бы этот материал не был так дорог, его можно было бы использовать для изготовления машин и механизмов, работающих без смазки) и высокой твёрдостью. Тонкие пленки AlMgB₁₄, полученные методомимпульсного лазерного напыления, демонстрируют микротвёрдость до 51 ГПа.

9. Диборид рения (до 48 ГПа)

Механические свойства соединения бора и рения весьма необычны: из-за послойного чередования различных атомов диборид рения анизотропен, т. е.при измерении твёрдости по различным кристаллографическим плоскостям получаются разные значения. При испытаниях под малой нагрузкой диборид рения демонстрирует твёрдость 48 ГПа, однако при увеличении нагрузки значение твёрдости резко падает, устанавливаясь на уровне примерно 22 ГПа. Поэтому некоторые исследователи сомневаются, нужно ли причислять диборид рения к сверхтвёрдым материалам.

10. Монокристаллический субоксид бора (до 45 ГПа)

Субоксид бора, содержащий «недостаточное» количество атомов кислорода, явно демонстрирует свойства керамических материалов: высокую прочность, химическую инертность, устойчивость к истиранию при относительно невысокой плотности. Субоксид бора способен образовывать зерна в форме икосаэдров, которые не являются ни отдельными кристаллами, ни квазикристаллами — это кристаллы-двойники, стоящие из 20 «сросшихся» кристаллов-тетраэдров. Твёрдость монокристаллов субоксида бора составляет 45 ГПа.

Композиты FLORENTINA

Современные композиты состоят из двух или более компонентов, которые существенно отличаются по свойствам, а их сочетание даёт некий синергический эффект, который не всегда можно предусмотреть заранее.

Обычно один компонент образует непрерывную фазу, которая называется матрицей, другой — является наполнителем. Между ними создается адгезионное или аутогезионное взаимодействие. Таким образом свойства конечного композита определяются матрицей, наполнителем и межфазной границей.

«Правильный» композит условно можно представить формулой

1+1>3

а «неправильный» — 1+1

Композиты Florentina^© — «правильные»

Матрица

В качестве полимерной матрицы композитов Florentina© используются специальные метакрилированные полиэфирные смолы, являющиеся разработкой нашего научно-технологического центра.

Такие смолы являются термореактивными и по своим свойствам превосходят как чистые полиэфиры, так и термопластичные метакриловые смолы, используемые большинством компаний-производителей кухонных моек.

Они превосходят их по:

• механической прочности;
• поверхностной твердости;
• стойкости к органическим растворителям;
• термостойкости.

Наполнители

В качестве наполнителей для изготовления кухонных моек Florentina используются молотые минералы – кварцевый песок.

Эти минералы обладают высокой твердостью (7÷7,5 по шкале Мооса), что обеспечивает хорошую износостойкость поверхности моек. Использование же в составе наполнителя микрокристаболитов с высочайшей удельной площадью поверхности позволяет, в том числе, обеспечивать высокую механическую прочность конечного материала.

Для изготовления кухонных моек DR.GANS, а также сантехнических изделий Florentina — раковин, ванн, душевых поддонов используется молотый байкальский доломит с высокой степенью белизны. Специальный гранулометрический состав, рассчитанный методами математического моделирования, позволяет создать наполнение с минеральной составляющей в составе композита — 84-85 %, что обеспечивает высокие механические свойства и хорошие экономические показатели. Поверхность имеет специальное декоративное покрытие на основе гелькоутов. Обладает глянцевым блеском и стойкостью к загрязнению.

Межфазные границы

Для получения «правильного» композита помимо высоких свойств отдельных его компонентов необходимо обеспечить химическое сродство полимерной матрицы и наполнителя на межфазной границе.

С этой целью в состав материала вводятся специальные целевые добавки-аппреты, позволяющие сблизить поверхностные энергии полимера и наполнителя для обеспечения максимальной смачиваемости и получения максимальной адгезии на межфазной границе.

Если этого не обеспечить, то между поверхностью частички наполнителя и полимерной матрицей формируется плёнка из газов и конденсированной жидкой среды.

В результате, после отверждения композита, частички наполнителя будут отделены от полимерной матрицы, что приводит к снижению механической прочности, долговечности и ряда физических и химических свойств изделия. Прочность композита будет ниже, чем прочность монолитного чистого полимера. Межфазная граница в литом композите составляет 5÷20 нанометров и именно она во многом определяет конечные свойства материала. Правильно формируя межфазную границу, мы создаем уникальный материал, превосходящий по своим свойствам природные материалы и литьевые аналоги других компаний.

Антибактериальная защита

В процессе эксплуатации мойки на её поверхности могут развиваться бактерии, результатом жизнедеятельности которых может быть появление плесени, пятен и неприятного запаха.

В структуру материалов Florengran^© и Florensil^© введены специальные антибактериальные защитные комплексы на основе серебра. В результате этого свежесть и гигиена рабочей поверхности сохраняются на протяжении всего срока службы мойки.

Компания Florentina первая в России предлагает ВСЮ свою продукцию с антибактериальной защитой.

При соприкосновении с поверхностью мойки без гидрофобизирующей защиты угол смачивания составляет менее 90°. Капли воды растекаются, увлажняя всю поверхность

На поверхностях моек с защитой Florentina^© угол смачивания более 90°. Поэтому капли воды не растекаются, обеспечивая низкую степень увлажнения и загрязнения

Эффект самоочищающейся поверхности

Представьте себе во что превратилась бы растительность вдоль оживлённых автомобильных трасс, если бы природой не был заложен эффект самоочищения.

Прошёл дождь и опять листва и плоды чистые. А кто не ощущал лёгкую маслянистость на поверхности свежего яблока, вызревающего на дереве? Все загрязнения регулярно удаляются благодаря воздействию дождя. А секрет этого эффекта заключается в гидрофобизации поверхности листьев и плодов в живой природе.

Сотрудники НТЦ Florentina добились аналогичного эффекта в материалах Florensil^© и Florengran^©. Специальные гидрофобизирующие добавки интегрированы в структуру композита, что позволяет поверхности мойки оставаться чистой при достаточно лёгком воздействии воды и губки. Причём этот эффект остаётся неизменным в течение всего срока службы изделия. Капли воды и грязи плохо смачивают поверхность и изделие при его регулярной чистке остается более чистым и свежим в течение всего срока службы.

Чистка?

Особый состав композитных материалов Florentina^© позволяет поддерживать чистоту.

Тепло?

Композитные материалы Florentina^© устойчивы к воздействию тепла в широком диапазоне температур

Царапины?

Композиционные материалы Florentina^© стойки к истиранию и царапинам

Пятна?

Отсутствие пористости в композитных материалах Florentina^© позволяет удалять даже самые стойкие пятна.

Удары?

Композитные материалы Florentina^© отличаются особой прочностью

FG

Florengran^© — уникальный материал на основе метакрилированной полиэфирной смолы и очень высокого содержания кварца и гранита (75 %). Обладает высочайшей устойчивостью к ударам, механическим нагрузкам, истиранию, химическим реактивам, высокой температуре и термоударам. Имеет умеренную цветовую гамму, схожую с природными минералами и характерную текстурированную поверхность.

FS

Florensil^© — новейший композиционный материал на основе измельчённых кварцев различной природы и особо прочного связующего полимера. Специальная модификация поверхности кварца и введение в состав наполнителя диоксида кремния нанометровых размеров делают этот материал особо прочным и стойким к агрессивным внешним воздействиям. Этот материал обладает антибактериальными свойствами и способностью к самоочищению. Обладает мелкой, шелковистой на ощупь структурой и очень широкой цветовой палитрой как в умеренных, так и в ярких моноцветах.

FSm

Florensil metallic^© — по своим основным свойствам подобен материалу Florensil^©. При этом обладает характерным металлическим блеском и прекрасно сочетается с бытовой техникой из нержавеющей стали, хромированными элементами мебели, кранами и др. Особо устойчив к царапинам.

CM

Cast Marblе (литой мрамор) — сантехнический материал на основе молотого мрамора и полиэфирной смолы. Поверхность имеет специальное декоративное покрытие на основе гелькоутов. Обладает высоким глянцевым блеском и стойкостью к загрязнению.

Твердость металла | Захнер — Инновации и сотрудничество для достижения невероятного

Способы повышения твердости металла

Существует несколько способов упрочнения архитектурного металла на фрезерном стане или в процессе изготовления. Каждый из механизмов упрочнения вносит неоднородности кристаллической решетки в кристаллическую структуру металла, что затрудняет смещение структуры металла. В результате получается более твердая и менее пластичная металлическая поверхность.

Деформационное упрочнение относится к деформации или холодному упрочнению металлической поверхности.По мере того как металл подвергается повторному изгибу или деформации, пластичность металла снижается, он становится деформированным и менее пластичным. Обычно относится к деформационному упрочнению металла, когда он обрабатывается при комнатной температуре. Некоторые металлические сплавы, такие как никель-титан, не подвергаются деформационному упрочнению, но фактически обладают характеристикой снятия деформации, поскольку они возвращаются к исходной форме.

Упрочнение твердым раствором относится к металлу в процессе легирования, в котором легирующая составляющая вводится в твердый материал.Один или несколько элементарных компонентов могут переходить в нагретый, но твердый раствор. Затем металл быстро закаливают, чтобы захватить элемент в твердом растворе.

Старение — это процесс, который происходит быстро в первые несколько дней после литья, а затем намного медленнее в течение следующих нескольких недель. Этот процесс часто называют «естественным старением». Другой искусственный вариант этого процесса может быть использован путем кратковременного нагрева металла при высокой температуре.В результате он стабилизирует свойства, еще больше упрочняя сплав. Этот процесс известен как «искусственное старение» или дисперсионное твердение.

Анодирование , процесс, характерный для алюминия, имеет эффект упрочнения. Последний шаг в создании анодированного алюминия — это упрочнение и герметизация поверхности с помощью деионизированной кипящей воды или герметиков из металлических солей. Герметизация требуется для закрытия пор оксидной пленки и обеспечения однородности за исключением легирующих компонентов.

Цементная закалка означает процесс термической обработки поверхности, используемый для получения твердой, износостойкой поверхности металла. Методы цементации включают науглероживание, цианирование, азотирование, закалку пламенем и электроиндукционную закалку.

Закалка — это процесс термообработки холоднокатаных и холоднодеформированных металлов. Когда зернистая структура металла подвергается холодной штамповке, зерна растягиваются и изменяются. Поверхность становится тверже, сопротивляясь деформации от контакта.При отпуске холодно обработанный металл нагревается до температур, при которых зерна начинают растворяться друг в друге. Доступны серии стандартных темпераментов. Эти свойства и их доступность в конкретном сплаве различаются в зависимости от природы зерен по мере их рекристаллизации. Обозначение отпуска фактически определяется размером зерна, а не пределом текучести металла.

Обратная струйная очистка металлической поверхности — это способ сплющивания металла, который также имеет тенденцию к значительному увеличению твердости поверхности.Рекомендуется произвести обратную струйную очистку материала после операций формования, поскольку после струйной обработки поверхности материал станет труднее обрабатывать и формировать.

Гарантия высокой твердости и вязкости

Детали машин, используемых в абразивных средах, быстро изнашиваются. Особенно это касается горнодобывающей и транспортной промышленности. Стали с высокой твердостью и износостойкостью имеют решающие преимущества по сравнению с обычными конструкционными сталями.

• Высокая твердость материала приводит к меньшему истиранию деталей, которые подвергаются высоким напряжениям трения, и, следовательно, к более длительному сроку службы.
• Толщина стенки также может быть уменьшена при сохранении того же ожидаемого срока службы компонентов. В частности, в транспортной отрасли, например, в самосвалах, это приводит к уменьшению собственного веса и увеличению полезной нагрузки.

Для достижения таких преимуществ подразделение voestalpine Steel предлагает две специальных марки:

• Износостойкие углеродистые стали durostat® — это углеродистые стали прямой закалки, которые демонстрируют лучшие технологические свойства.
• Износостойкие стали altrix® содержат плакированные многослойные пластины для еще более длительного срока службы.

durostat® подвергается прямому упрочнению с гарантированно высокой вязкостью.

Обладая значениями поверхностной твердости до 500 HB (твердость по Бринеллю), стали durostat® хорошо подходят для применений с высокими механическими нагрузками и высокими уровнями абразивного износа. Они используются в погрузочно-транспортных машинах, земснарядах, ковшах фронтальных погрузчиков, дробильных установках, просеивающем оборудовании и салазках.

Высокая твердость достигается за счет отжига сталей с относительно высоким содержанием углерода в термической печи с последующим их быстрым водяным охлаждением в закалочной установке. Это обычная технология. Высокое содержание углерода делает сталь твердой, но также и хрупкой, а достижение высокой степени ударной вязкости затруднительно. Во время отжига также образуется толстый слой печной окалины, который необходимо удалить с помощью дорогостоящей пескоструйной обработки. Чтобы предотвратить чрезмерную ржавчину во время транспортировки, необходимо покрыть пескоструйную сталь грунтовкой.

Как специалист в области термомеханической прокатки и быстрого охлаждения, подразделение voestalpine Steel Division разработало специальный технологический процесс для износостойких сталей: прямая закалка . Непосредственно после горячей прокатки лист быстро охлаждается (закаляется) в линии быстрого охлаждения. Термическая обработка в печи отжига не требуется, что значительно сокращает время производства.

altrix®: сильная комбинация

Ассортимент продукции voestalpine Steel Division включает многослойные плиты altrix® для экстремальных условий износа.Однако особенно высокая твердость допускает только ограниченную степень ударной вязкости. Вот почему voestalpine использует особую уловку и производит композитный материал. Это гарантирует конструкционную сталь в качестве основного материала с достаточной ударной вязкостью и хорошей свариваемостью. В затвердевшем состоянии и с твердостью до 66 HRC материал покрытия отличается чрезвычайно высокой износостойкостью. Разработанная нами технология рулонной наплавки используется для производства износостойких двух- и трехслойных листов, которые поставляются в прокатанном состоянии и закалены у заказчика после обработки.

Типичные области применения двухслойных пластин altrix® включают трубы земснаряда (жесткие внутри и жесткие снаружи), а трехслойные пластины используются в отвалах для плугов (жесткие внутри, два жестких внешних слоя).

Толщина листа составляет от 7 до 80 мм, а ширина может достигать 3600 мм. Распределение толщины слоя можно индивидуально регулировать для достижения желаемой стойкости к износу и разрушению. Соотношение толщины 50/50 между облицовкой и основным материалом типично для двухслойных пластин и соотношение 33/34/33 (твердый / вязкий / твердый) для трехслойных пластин.

Подразделение voestalpine Steel Division, выпускающее durostat® и altrix® , идеально подготовлено для обеспечения рынка износостойкими марками.

Твердость материала поверхности | Твердость материалов поверхности

FMSC — Ultracal 30 — Высокая твердость поверхности и прочность на сжатие

каталожный номер, описание, значки, мм, толщина, ширина, длина, высота, дощатая поверхность, вес нетто, диаметр, сорт, зернистость, количество ящиков, слой, радиус, листовой ящик, судовая нота, минимальное количество, штук в ящике, штук в связке, намотка, футбокс, длина ручки, диаметр головы , длина головки, номер

Щелкните здесь, чтобы просмотреть нашу страницу закрытия

Обратите внимание:
Жидкие продукты продаются по весу, а не по объему.
СПБ = листов в ящике

Доставка и обработка:
Freeman взимает стандартные опубликованные тарифы на доставку UPS / FedEx (если фрахт не указан). Все заказы на сумму менее 25 долларов США облагаются небольшой комиссией в размере 5 долларов США. Минимальный объем международных заказов составляет 250 долларов США.

Описание Легенда:
= Специальный заказ. Могут применяться минимальные количества и увеличенное время выполнения заказа.
= Список закрытия. Доступно по специальной цене в нашем распродажном списке. При условии предварительной продажи.
= Скидки на онлайн-заказ. Скидка на эти товары распространяется только на заказы, оформленные через веб-сайт . Скидка будет применена после того, как вы запросите свое ценовое предложение или добавите в корзину и завершите заказ на веб-сайте.
= Кнопка избранного. После входа в систему вы можете выбрать свои избранные элементы для последующего просмотра на вкладке избранного в разделе «Моя учетная запись»
= Ваши избранные элементы. Чтобы просмотреть избранные элементы, перейдите на вкладку «Моя учетная запись»

Обозначение примечания к отправке:
HAZ-G = Опасный материал, доставка по воздуху невозможна, за каждую посылку, отправляемую наземным транспортом в пределах США, взимается дополнительная плата в размере до 33 долларов.
HAZ-A = Опасный материал, доставка по воздуху невозможна, без дополнительной платы за наземную доставку.
HAZ-T = Токсичный материал, должен быть отправлен грузовым перевозчиком.
FRT = должно быть отправлено грузовым перевозчиком из-за размера, веса или классификации опасности.

Твердость поверхности — SealFluid

Твердость поверхности динамического уплотнения

Компоненты уплотнения обычно физически контактируют со своими динамическими и статическими сопрягаемыми поверхностями в течение большей части рабочего времени.Физический контакт на динамической поверхности может быть

• граница — почти полный физический контакт между контактной поверхностью кромки уплотнения и сопрягаемой поверхностью с граничным трением

• смешанный — определенный физический контакт со смазкой между ними со смешанным трением

• смазанный — пленка смазочной жидкости, отделяющая кромку уплотнения от динамической сопрягаемой поверхности со смазанным трением

Относительное движение и трение вызывают износ динамических контактных поверхностей кромки уплотнения, а также сопрягаемой поверхности.Скорость износа контактной поверхности кромки уплотнения и / или износ сопрягаемой поверхности будет определять герметичность
, срок службы уплотнения и оборудования. Поэтому износостойкость материала уплотнения и сопрягаемых поверхностей будет влиять на надежность оборудования.

Более твердая сопрягаемая поверхность позволяет использовать более износостойкий уплотнительный материал, что увеличивает срок службы как уплотнения, так и оборудования. Более мягкие поверхности требуют использования уплотнительных материалов с меньшей износостойкостью, которые
не повредят сопрягаемую поверхность оборудования, но в целом уменьшат срок службы уплотнения.Более высокая твердость сопрягаемой поверхности обеспечивает лучшую устойчивость к механическим ударам и повреждениям, что положительно сказывается на сроке службы цилиндра и уплотнения.

В случае более твердых поверхностей адгезия между металлическим компонентом и уплотнением уменьшается, что приводит к увеличению срока службы уплотнения. Необходимо соблюдать баланс между материалами уплотнения и поверхности оборудования, чтобы
обеспечивал оптимальные общие характеристики уплотнения и гарантировал, что в жертву будет положено уплотнение, а не металлическое оборудование.

Ниже на диаграмме показаны некоторые из распространенных строительных материалов, которые используются для производства компонентов цилиндров и поршневого оборудования в различных отраслях промышленности и сферах применения. Это дает обзор их среднего диапазона значений твердости
, который следует принимать во внимание только в качестве ориентировочного.

Сталь

Сталь

Рекомендуемая минимальная твердость сопрягаемой поверхности зависит от условий эксплуатации

• скорость (скорость возвратно-поступательного движения)

• давление в системе

• трибологические условия (жидкость, вязкость, температура)

рабочая среда, дополнительно используемые уплотнительные материалы, конструкция уплотнения и системы уплотнения.Как правило, для применений со скоростью потока и / или при низком давлении требуется более низкая твердость поверхности, в то время как при высоких скоростях и / или при высоком давлении требуется более высокая твердость поверхности на
.

Рекомендуемая абсолютная минимальная твердость поверхности для возвратно-поступательного движения — это привязь по Роквеллу C 35. Для достижения оптимальных характеристик, особенно в тяжелых гидравлических системах или в суровых условиях
, рекомендуемое минимальное значение твердости поверхности составляет 48-50 Твердость по Роквеллу C ( для штанги, ползуна).

Характеристики уплотнения и металлической фурнитуры могут быть улучшены за счет использования определенного покрытия, покрытия на штоке поршня, пресс-плунжере. Гальваническое покрытие, покрытие может помочь увеличить твердость поверхности выше 60 твердости по Роквеллу C, улучшая износостойкость и коррозионную стойкость
, а также свойства скольжения, уменьшая трение.

Дальнейшее улучшение может быть достигнуто путем нанесения твердого хромирования на закаленную поверхность стержня (например, индукционная закалка), где закаленная поверхность имеет минимум. 48-50 Твердость по шкале С по Роквеллу минимум глубины 1,5-2,5 мм.

В таблице ниже представлен обзор наиболее распространенных методов нанесения покрытий и гальванических покрытий, которые используются в гидравлических системах.

Анализ взаимосвязи между твердостью поверхности и износостойкостью непрямых композитов, используемых в качестве облицовочных материалов

Это исследование оценило твердость поверхности и износостойкость непрямых композитов (Artglass и Solidex) и наличие корреляции между этими свойствами.Двадцать четыре образца (по 12 на материал) были изготовлены с использованием политетрафторэтиленовой матрицы (5,0 мм в диаметре, 7,0 мм в высоту) по инкрементной методике. Полимеризацию проводили с помощью ксенонового стробоскопического светоотверждающего устройства. После полировки образцы хранили в воде при 37 ° C в течение 1 дня (n = 6 на материал) или 55 дней (n = 6 на материал), после чего оценивали твердость поверхности по Виккерсу и износостойкость. Данные были проанализированы статистически с помощью непарного t-критерия Стьюдента, двустороннего дисперсионного анализа и критерия Тьюки.ЖЕСТКОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ: Artglass имел более высокую твердость поверхности, чем Solidex, после 1-дневного периода погружения (p <0,01), но через 55 дней не было существенной разницы между материалами (p> 0,05). Сравнивая материалы в оба периода, средние значения Artglass значительно отличались друг от друга (p <0,01), в то время как между средними значениями Solidex не было обнаружено значимой разницы (p> 0,05). ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ: Solidex имел более высокий износ, чем Artglass, после 1-дневного периода погружения (p <0,01), но не было обнаружено значительных различий между материалами через 55 дней (p> 0.05). Сравнивая материалы в оба периода, средние значения Artglass значительно отличались друг от друга (p <0,01), с более высоким износом в 55-дневный период, но не было обнаружено различий между средними значениями Solidex (p> 0,05). Эти результаты показывают, что Artglass лучше, чем Solidex, с точки зрения твердости и износостойкости после однодневного погружения в воду. Однако он был более подвержен деградации, проявляя больший износ через 55 дней. В заключение следует отметить, что существует обратная корреляция между твердостью поверхности и износостойкостью как для непрямых композитов Artglass, так и для Solidex: чем выше твердость, тем меньше износ.

Сопротивление износу и твердость Что лучше?

Клиенты могут попросить твердое покрытие, но часто они действительно просят износостойкое покрытие. В чем разница и что лучше? Это зависит.

Фон

Твердость относится к сопротивлению материала постоянной деформации и относится к способности материала противостоять вдавливанию, царапинам, порезам или изгибу. Износостойкость — это способность материала противостоять потере материала из-за некоторого механического воздействия.Материал может быть износостойким и жестким, но не особенно твердым, а твердый материал может быть износостойким, но не особенно жестким. Поясним разницу немного дальше.

Вязкость — это способность материала поглощать энергию и деформироваться (упруго и пластично) без разрушения. Подумайте, например, об автомобильных шинах. Покрышки особо не жесткие. Вы можете воткнуть ноготь в некоторые шины, но шина отскакивает обратно даже после сильной деформации (упругой деформации).Даже если шина постоянно деформируется (пластическая деформация), она редко рвется или ломается. Тем не менее, эти шины очень долго изнашиваются, несмотря на то, что они катятся по гораздо более твердым поверхностям, например по бетону. (Да, быстро перегорающая машина может быстро прогореть через шину, но вы меня понимаете.) Они также выдерживают экстремальные температуры и удары. Шины прочные, они деформируются, могут поглощать много энергии до выхода из строя и износостойкие, но не очень твердые.

Хотите узнать больше о свойствах и преимуществах покрытий SilcoTek? Получите нашу вводную электронную книгу SilcoTek 101.

Твердый материал, например стекло, будет иметь очень высокое сопротивление деформации, но может быть очень хрупким, подверженным ударам или может быть поврежден при воздействии высоких температурных градиентов. Стекло твердое и износостойкое, но не «жесткое». Некоторые твердые материалы, такие как карбид и нитрид, лучше сопротивляются нагрузкам и ударам, чем другие. Поэтому простой запрос твердого материала может быть не самым подходящим критерием при выборе материала.Вы можете получить стекло, хотя на самом деле вам нужна резина.

Так что лучше: сверхтвердое покрытие или износостойкое «жесткое» покрытие? Это во многом зависит от приложения.

Мы протестировали наши покрытия на твердость и износостойкость. В этом блоге мы обсудим детали тестов, а во второй части этого блога мы обсудим результаты тестов и все средства для выбора покрытия.

Методы испытаний

Два из наших самых популярных покрытий, Silcolloy® и Dursan®, были отправлены в лабораторию исследования материалов Университета Пенсильвании для тестирования наноиндентирования, чтобы определить твердость покрытия и свойства модуля упругости.Всего было проанализировано шесть образцов образцов из нержавеющей стали 316 (SS), в том числе по два для каждого покрытия и два без покрытия в качестве базовых эталонов. У всех купонов есть сторона с механической зеркальной полировкой и сторона со стандартной машинной обработкой. Полированная сторона используется для теста наноиндентирования.

Для испытания на износ использовался штифт-дисковый трибометр (TRB) для оценки образцов нержавеющей стали с покрытием Dursan и окисленной нержавеющей стали. Тестирование проводилось в соответствии со стандартом ASTM G133.

Узнайте, как SilcoTek® может решить самые сложные проблемы с материалами.

Предпосылки испытаний на твердость

Испытания на твердость вдавливанием используются в машиностроении для количественной оценки сопротивления материала пластической деформации (пластическая деформация — это постоянное изменение формы материала из-за приложения механического напряжения; подумайте, что происходит, когда вы ударяете по дереву молоток). Испытания на твердость при вдавливании обычно проводят путем прикосновения к интересующему материалу, механические свойства которого неизвестны, с другим материалом, свойства которого известны.Например, исходная шкала твердости Мооса определяет алмаз как максимальное значение 10 по шкале, а материал A оценивается более твердым, чем материал B, если A способен оставлять постоянную царапину на B. Более поздние методы, такие как Brinell, Knoop, Викерс и Роквелл применяли различные уточнения, но все они следовали одной и той же основной идее. ¹ В зависимости от масштаба глубины проникновения испытания на твердость при вдавливании можно разделить на три класса: макро-, микро- и наноиндентирование, где длина проникновения измеряется в миллиметрах, микрометрах и нанометрах соответственно.

При макро- и микроиндентировании площадь контакта между индентором и образцом рассчитывается на основе прямых измерений размеров остаточного отпечатка, оставшегося на поверхности образца после снятия нагрузки. Однако этот размер становится слишком маленьким, чтобы его удобно было измерить непосредственно в тесте наноиндентирования. Вместо этого при наноиндентировании измеряется только глубина проникновения в поверхность образца. Затем это значение используется вместе с известной геометрией индентора для косвенного расчета площади контакта. ¹

Твердость экспериментальная:

Образцы

испытывали с помощью наноиндентора Bruker Hysitron TI-900 со стандартным алмазным наконечником Berkovich. Индентор Берковича представляет собой трехстороннюю пирамиду с половинным углом 65,3 °, измеренным от вертикальной оси углубления до одной из плоскостей пирамиды, как показано на рисунке 1. ² Форма углубления, оставленного наконечником Берковича, является также показано на рисунке 1. Чтобы исключить интерференцию подложки, глубину вдавливания контролировали так, чтобы она составляла не более 10% от толщины покрытия.Толщина покрытия для шести образцов с покрытием варьировалась в пределах 700-900 нм, поэтому сначала были выполнены испытательные отпечатки, чтобы определить соответствующее значение нагрузки для каждого типа образца, чтобы достичь глубины вдавливания примерно 70 нм (включая контрольные образцы без покрытия, чтобы они были согласованными). Каждый образец имел отступ на полированной стороне в 2 областях рядом с центром в функции нагрузки 5×5 XPM (матрица, которая выполняет 25 отдельных измерений), давая 50 точек данных на образец и в общей сложности 100 точек данных для каждого типа покрытия, включая голый металл из нержавеющей стали.

Рис. 1. Наконечник Berkovich с буквой «а», обозначающей половину угла, ² и формой вдавления, который он оставляет на поверхности испытуемого образца ^3,4

В эксперименте по наноиндентированию индентор проникает в поверхность образца, вызывая как упругую (т.е. обратимую), так и пластическую (т.е. постоянную) деформацию, пока не достигнет заданной максимальной нагрузки, во время которой смещение (h) и нагрузка (L) постоянно контролируются с высокой точностью.Во время извлечения индентора смещение разгрузки продолжает контролироваться до тех пор, пока не будет достигнута нулевая нагрузка и не будет измерена конечная или остаточная глубина проникновения.

На рис. 2 показана типичная кривая напряжения-деформации, где напряжение определяется как сила вдавливания на единицу площади, а деформация — относительная деформация (т.е. изменение размера, деленное на исходный размер). Связь между напряжением и деформацией является линейной (т. Е. Упругой) до предела текучести, после которого начинается пластическая деформация.

Рисунок 2: Типичная кривая напряжения-деформации, которая показывает упругие и пластические области деформации и то, как определяется модуль Юнга ⁵

Наклон линейной части кривой зависимости напряжения от деформации (т.е. напряжение / деформация) называется модулем Юнга, также известным как модуль упругости. ¹ Он измеряет способность материала противостоять упругой деформации в направлении, которое находится под действием силы растяжения или сжатия. Жесткий материал, такой как алмаз, имеет высокий модуль Юнга, требует очень высокой нагрузки для его упругой деформации и лишь незначительно меняет свою форму под действием упругой нагрузки.С другой стороны, гибкий материал, такой как резина, имеет низкий модуль Юнга и требует очень небольшого усилия упругости для значительного изменения своей формы. Гибкий материал может быть одновременно жестким (или прочным), что означает, что, хотя для его упругой деформации требуется небольшая нагрузка, для его разрушения требуется много энергии. Как те автомобильные шины, о которых мы говорили.

Тестирование наноиндентирования

При наноиндентировании твердость испытуемого образца определяется как пиковая нагрузка / площадь контакта, где площадь контакта (A _pml ) — это предполагаемая площадь контакта при максимальной нагрузке, как показано на Рисунке 3 ниже.Эта площадь может быть рассчитана по кривой нагрузки-разгрузки с использованием аналитической модели, разработанной Оливером и Фарром, без необходимости прямого измерения площади с помощью микроскопа. ⁶

Рис. 3: слева — Кривая зависимости нагрузки (L) от смещения (h) во время стадии нагрузки-разгрузки в испытании на наноиндентирование, где hf — конечная остаточная глубина проникновения при достижении нулевой нагрузки во время разгрузки. Наклон верхней части кривой разгрузки можно использовать для определения модуля Юнга; справа (а) деформация образца при максимальной приложенной нагрузке Lmax и (б) остаточная пластическая деформация после полной разгрузки6

«Приведенный модуль» или «комбинированный модуль» сообщается в результате этого испытания, потому что при анализе учитывалось, что как испытуемый образец, так и алмазный индентор испытывают упругую деформацию во время измерения.Модуль упругости E _s испытуемого образца (т.е. модуль Юнга) можно рассчитать из приведенного модуля E _r с использованием приведенного ниже уравнения, учитывая, что модуль упругости для индентора и коэффициенты Пуассона как для индентора, так и для образца равны известный. ¹

Теперь, когда мы обрисовали в общих чертах, как проводится испытание на твердость, давайте теперь обсудим испытания на износостойкость.

Износостойкость

Измерение «штифт на диске» заключается в наложении индентора или штифта (обычно плоского или сферического) на исследуемый образец.Механизм зацепления прилагает точное усилие к индентору при вращении испытуемого образца. Результирующие силы трения измеряются с помощью тензодатчика. Коэффициенты износа штифта и образца рассчитываются на основе потери материала во время испытания. Штифт на диске может помочь определить износостойкость покрытия, а также дать представление о коэффициенте трения, смазывающей способности и адгезионных свойствах поверхности. Поверхность с низким коэффициентом трения и высокой смазывающей способностью позволит штифту более легко катиться по поверхности, что снизит потери материала и улучшит износостойкость.И наоборот, покрытие с плохой адгезией будет подвергаться нагрузке со стороны штифта, что приведет к нарушению связи покрытия и потере покрытия. Это указывало бы на плохую износостойкость, даже если покрытие было твердым.

Рис. 4: Типовая установка для тестирования «штифт на диске».

Условия испытаний

Испытания проводились в соответствии со стандартом ASTM G133 независимой лабораторией Nanovea. Согласно отчету о лабораторных испытаниях материалов Nanovea: «Основание инструмента сначала выравнивается в горизонтальном положении путем завинчивания или отвинчивания регулируемых резиновых прокладок на каждом углу.Держатель шара, содержащий шар диаметром 3 или 6 мм, удерживается в рычаге нагрузки и размещается на высоте, позволяющей выровнять рычаг трибометра по горизонтали, когда он опирается на образец, чтобы гарантировать, что нормальная нагрузка будет приложена вертикально.
Затем рычаг уравновешивается противовесами, чтобы гарантировать, что рычаг и держатель шара изначально
не прикладывают силу к поверхности образца. Наконец, грузы, соответствующие нагрузке, необходимой для испытания, аккуратно помещают на руку над держателем мяча. Затем с помощью программного обеспечения запускается испытание, и испытание выполняется с заданной скоростью в течение заданного времени, а сила трения регистрируется с течением времени.«

Тест «штифт на диске» не дает абсолютного определения твердости, но может дать дополнительную информацию о способности покрытия выдерживать сложные условия износа.

Так что лучше: твердое покрытие или износостойкое покрытие?

Это зависит от приложения. CVD-покрытия SilcoTek обычно имеют более низкие значения твердости и модуля, что означает, что они более мягкие и менее жесткие, чем обычно используемые твердые инженерные покрытия, такие как DLC (алмазоподобный углерод) или покрытия на основе титана.Эти покрытия обычно используются в приложениях с высокими требованиями к механике, таких как резка металлов, инструмент, автомобилестроение и авиакосмическая промышленность, где они могут снизить абразивный износ и продлить срок службы компонентов.

В других случаях твердое покрытие может быть более хрупким и восприимчивым к ударам, но может иметь большую стойкость к истиранию; в то время как «более прочный» материал может выдерживать различный износ, условия окружающей среды, удары или скольжение, но сопротивление истиранию может отсутствовать.

С одной стороны, высокая твердость и модуль Юнга являются признанными и желательными характеристиками для покрытий, используемых в областях, требующих механического воздействия. С другой стороны, из этого обзора мы узнали, что твердость и модуль Юнга сами по себе не способствуют повышению износостойкости, особенно при сравнении покрытий или обработок поверхности. Другие факторы, такие как смазывающая способность поверхности, адгезия покрытия и поверхностный коэффициент трения, также играют важную роль. В некоторых случаях мягкий, но гибкий материал покрытия, такой как резина, может лучше соответствовать потребностям, чем твердый, но хрупкий материал, такой как стекло.

В следующем выпуске нашего блога мы обсудим результаты испытаний, которые приводят реальные данные к идее о том, что твердость и износостойкость не являются взаимозаменяемыми терминами, и суммируем значение этих данных.

Есть вопросы по нашим покрытиям? Перейдите на нашу страницу часто задаваемых вопросов. Хотите быть в курсе последних достижений в области покрытий CVD высокой чистоты? Подпишитесь на наш блог.

Каталожный номер с :

1. Фишер-Криппс, А.С. «Наноиндентирование», 3-е издание, 2011 г.
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Berkovich_tip
3. https://www.bruker.com/products/surface-and-dimensional-analysis/nanomechanical-test-instruments/nanomechanical-upgrade-options/test-probes.html
4. https://www.nanoscience.com/products/nanoindenters/
5. Hess, A. E. «Интеграция несовместимых с процессами материалов для микропроцессорных нейронных интерфейсов на основе полимеров», доктор философии. диссертация, Университет Кейс Вестерн Резерв 2011
6. Broitman, E. «Измерение твердости при вдавливании на макро-, микро- и наноуровне: критический обзор» Tribol.Lett. 2017 , 65:23
7. https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=863
8. Kuschnereit, R. et al. «Механические и упругие свойства пленок аморфного гидрированного кремния, исследованные методом широкополосной спектроскопии поверхностных акустических волн» Прил. Phys. А 1995 , 61 , 269.
9. Guo, S. et al. «Внутреннее напряжение, коэффициент теплового расширения и модуль биупругости фотохимически осажденных из паровой фазы гидрогенизированных пленок аморфного кремния» Thin Solid Films 1992 , 219 , 135.
10. Li, H. et al. «Определение модуля упругости и твердости ультратонкой пленки на подложке с помощью наноиндентирования» J. Mater. Res. 2009 , 24 (3) , 1114.
11. Gan, Z. et al. «Структура материала и механические свойства тонких пленок нитрида кремния и оксинитрида кремния, осажденных методом химического осаждения из паровой плазмы» Поверхности 2018 , 1 , 59.
12. https://www.silcotek.com/blog/wear-resistant-cvd-coating-tests-put-dursan-on-top
13. Вятровский, А.и другие. «Сравнение физико-химических свойств тонких пленок TiO2, полученных магнетронным распылением с непрерывным и импульсным потоком газа» Покрытия 2018 , 8 , 412.
14. Savvides, N.