Для обеспечения высокой износостойкости биметаллических отливок рабочий слой из износостойких чугунов должен обладать сложным комплексом физико-механических, физических и физико-химических свойств, а именно:
- высоким сопротивлением к сжатию, изгибу, сдвигу, срезу и смятию;
- высокой и равномерной твердостью при отсутствии хрупкости;
- высокой теплопроводностью;
- стабильностью макро- и микроструктуры, высокой насыщенностью и равномерностью микрораспределения легирующих элементов;
- высокой стойкостью против коррозии.
Данными свойствами, обладают следующие марки износостойких чугунов, которые применяются в зависимости от условий эксплуатации на стадии инжиниринга.
Химический состав износостойких чугунов рабочего слоя биметаллических отливок
| Марка сплава |
Содержание элементов, % |
| С |
Si |
Mn |
Cr |
Mo |
S |
P |
другие элементы |
| 300Х12М |
2,6-3,0 |
0,4-0,7 |
0,5-1,0 |
11,0-18,0 |
1,4-1,6 |
< 0,06 |
< 0,10 |
– |
| 300Х12Г3М |
2,5-3,2 |
0,4-0,7 |
3,4-3,9 |
12,0-15,0 |
0,5-0,8 |
< 0,06 |
< 0,10 |
– |
| 300Х12Г5 |
2,6-3,0 |
0,4-0,7 |
4,5-5,2 |
11,0-18,0 |
– |
< 0,06 |
< 0,10 |
– |
| 300Х12Г5М |
2,4-3,0 |
0,4-0,7 |
4,8-5,0 |
12,0-15,0 |
0,2-0,4 |
< 0,06 |
< 0,10 |
– |
| 240Х16 |
1,6-2,4 |
0,8-1,0 |
0,6-1,0 |
13,0-19,0 |
– |
< 0,05 |
< 0,10 |
– |
| 300Х16М2 |
2,4-3,4 |
0,5-1,0 |
1,5-2,5 |
13,0-19,0 |
0,5-2,0 |
< 0,05 |
< 0,10 |
1,0-1,5Сu |
| 300Х20М2 |
2,8-3,0 |
0,6-0,8 |
0,6-1,1 |
19,0-21,0 |
1,8-2,4 |
< 0,04 |
< 0,04 |
– |
| 300Х22 |
2,4-3,2 |
0,2-1,0 |
1,5-2,5 |
19,0-25,0 |
– |
< 0,08 |
< 0,10 |
0,15-0,35V; 0,15-0,35Ti |
| 260Х28 |
1,6-2,6 |
0,5-1,0 |
0,8-1,0 |
25,0-30,0 |
– |
< 0,08 |
< 0,10 |
– |
Как уже было сказано выше, износостойкие чугуны рабочего слоя биметаллических отливок характеризуются высокой твердостью и износостойкостью, однако имеют низкие механические свойства, прежде всего вязкость. Поэтому к материалу металлической основы предъявляются повышенные требования к механическим свойствам (предел прочности, предел текучести, ударная вязкость и др.) и конструкционной прочности, т.е. прочности, которая проявляется в условиях реального применения и характеризует способность препятствовать разрушению при наличии высоких динамических нагрузок и концентраций напряжений. Исходя из этого, в качестве материала металлической основы используются углеродистые и низколегированные (до 2 – 3 % легирующих элементов) стали.
Химический состав сталей, применяемых в качестве металлической основы биметаллических отливок, приведен ниже в таблице.
Химический состав сталей металлической основы биметаллических отливок
| Марка сплава |
Содержание элементов, % |
| С |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
S |
P |
| 25Л |
0,22-0,30 |
0,20-0,52 |
0,35-0,90 |
?0,3 |
?0,3 |
< 0,045 |
< 0,04 |
| 30Л |
0,27-0,35 |
0,20-0,52 |
0,40-0,90 |
?0,3 |
?0,3 |
< 0,045 |
< 0,04 |
| 35Л |
0,32-0,40 |
0,20-0,52 |
0,40-0,90 |
?0,3 |
?0,3 |
< 0,045 |
< 0,04 |
| 09Г2С |
0,09-0,12 |
0,50-0,80 |
1,30-1,70 |
?0,3 |
?0,3 |
<0,04 |
< 0,04 |
Биметаллические износостойкие литые изделия являются отдельным классом продукции, которую в настоящее время именуют биметаллической продукцией (Ссылка на «Справочные материалы»), и отличаются тем, что изготавливаются по технологии «горячее на горячее». Данная технология позволяет достигать мощности износостойкого слоя до нескольких десятков см, и самое главное, иметь монолитное соединение между сплавами, в отличие от технологии изготовления биметаллических изделий по технологии «горячее на холодное», когда первоначально отливаются чугунные части, которые потом заливаются стальной основой.
Основное применение литых изделий из биметаллических сплавов – это изготовление рабочих органов машин и механизмов, работающих в условиях интенсивного, комбинированного абразивно-ударного износа. В первую очередь это касается рабочих органов дробильного оборудования роторного типа – бил и молотков.
Биметаллический молоток в разрезе
Структура переходной зоны между сталью и чугуном (увеличение 350 раз)