
Stopy odporne na zużycie to klasa materiałów specjalnie zaprojektowanych tak, aby wytrzymywały degradację powierzchni i straty materiału spowodowane zużyciem mechanicznym. Zużycie to może wynikać z ścierania (drapania), erozji (uderzenia cząstek), przyczepności (zatarcia i zatarcia) oraz uderzeń.
Ich podstawową funkcją jest przedłużenie żywotności urządzeń przemysłowych, skrócenie przestojów i poprawa wydajności operacyjnej w wymagających środowiskach.
Nauka o odporności na zużycie
Odporność na zużycie nie jest pojedynczą właściwością materiału, taką jak gęstość; jest to złożone zachowanie systemu. Kluczem do odporności materiału na zużycie jest jego odporność na odkształcenia plastyczne i pękanie. Osiąga się to przede wszystkim poprzez:
Wysoka twardość: Odporny na penetrację i ścieranie przez twarde cząstki.
Utwardzanie przez zgniot: Zdolność do stania się twardszą i twardszą na powierzchni pod wpływem uderzenia lub naprężenia (np. stal manganowa Hadfielda).
Wytrzymałość: Odporny na odpryski, pęknięcia i odpryski pod wpływem obciążeń udarowych.
Mikrostruktura: Powszechną cechą jest obecność twardych węglików (np. węglików chromu, wolframu, wanadu) osadzonych w wytrzymałej metalicznej osnowie.
Stopy odporne na zużycie składają się zazwyczaj z metali żelaznych (żelaza i stali) lub metali nieżelaznych, każdy dostosowany do specyficznych mechanizmów zużycia.
| Typ stopu/podstawa | Kluczowa charakterystyka | Typowe oceny / przykłady | Podstawowe zastosowania |
| Stale martenzytyczne | Wysoka twardość i dobra wytrzymałość; osiąga się poprzez obróbkę cieplną (hartowanie i odpuszczanie). | AR400, AR500, 4140, 4340 | Łyżki górnicze, tuleje kruszarki, lemiesze spychaczy, płyty ścieralne. |
| Austenityczna stal manganowa | „Stal Hadfielda”. Niezwykle wytrzymały i wymagający ciężkiej pracy. Pod wpływem uderzenia twardość powierzchni gwałtownie wzrasta, podczas gdy rdzeń pozostaje twardy. | A128 klasa C, MN13, MN18 | Tuleje kruszarek szczękowych, żaby kolejowe, wiertła do skał, tory gąsienicowe. |
| Żeliwo białe o wysokiej zawartości chromu | Wyjątkowa odporność na ścieranie dzięki dużej zawartości twardych węglików chromu. Może być kruchy pod wpływem uderzenia. | Ni-twardy, A532 | Obudowy pomp szlamowych, wykładziny młynów, walce proszkowe, urządzenia do śrutowania. |
| Kompozyty węglikowe | Nie jest to stop monolityczny, ale krytyczny materiał odporny na zużycie. Twarde cząstki węglika wolframu osadzone w wytrzymałej metalowej osnowie (takiej jak kobalt lub nikiel). | Kompozyty z węglika wolframu, stellit (na bazie kobaltu) | Druty do napawania, płyty ścieralne, narzędzia skrawające, wiertła, gniazda zaworów. |
| Stopy na bazie kobaltu | Doskonała odporność na połączenie zużycia, korozji i wysokich temperatur (twardość czerwona). | Stellit, stopy Haynesa | Łopatki turbin gazowych, zawory wysokotemperaturowe, końcówki pił, elementy silników. |
| Stopy na bazie niklu | Podobny do stopów kobaltu, zapewniający dobrą odporność na zużycie i korozję, często stosowany tam, gdzie kobalt nie jest odpowiedni. | Inconel, Colmonoy | Sprzęt do przetwarzania chemicznego, komponenty lotnicze, nakładki do napawania. |
Stopy te nie zawsze są wykorzystywane do wytwarzania całych komponentów. Często stosuje się je w opłacalny sposób w celu ochrony materiału podstawowego:
Elementy obsady: Część (podobnie jak obudowa pompy) jest w całości odlana ze stopu odpornego na zużycie.
Noś płyty: Arkusze hartowanej stali (np. AR400) są przykręcane lub przyspawane do wrażliwych powierzchni.
Napawanie/okładzina: Warstwa odpornego na zużycie stopu jest przyspawana lub wtapiana na powierzchnię tańszego, twardszego metalu nieszlachetnego. Jest to bardzo popularna i ekonomiczna metoda.
Spray termiczny: Powłoka stopu jest natryskiwana na powierzchnię, aby utworzyć warstwę odporną na zużycie.
Podsumowując, stopy odporne na zużycie to zróżnicowana i kluczowa rodzina materiałów, które stanowią podstawę przemysłu ciężkiego. Wybór odpowiedniego stopu zależy od dokładnego zrozumienia mechanizmu zużycia (ścieranie, uderzenia itp.), środowiska pracy (w tym temperatury i korozji) oraz względów ekonomicznych.