
Износостойкие сплавы — это класс материалов, специально разработанных для того, чтобы противостоять деградации поверхности и потере материала, вызванной механическим износом. Этот износ может быть результатом истирания (царапания), эрозии (удара частиц), адгезии (истирания и заедания) и удара.
Их основная функция — продлить срок службы промышленного оборудования, сократить время простоев и повысить эффективность работы в сложных условиях.
Наука об износостойкости
Износостойкость не является единственным свойством материала, таким как плотность; это сложное поведение системы. Ключом к износостойкости материала является его способность противостоять пластической деформации и разрушению. Это достигается, прежде всего, за счет:
Высокая твердость: Устойчив к проникновению и истиранию твердыми частицами.
Упрочнение работы: Способность становиться тверже и жестче на поверхности при ударе или напряжении (например, марганцевая сталь Гадфилда).
Прочность: Устойчив к сколам, растрескиванию и растрескиванию под ударными нагрузками.
Микроструктура: Присутствие твердых карбидов (например, карбидов хрома, вольфрама, ванадия), внедренных в прочную металлическую матрицу, является общей особенностью.
Износостойкие сплавы обычно изготавливаются на основе черных металлов (железа и стали) или цветных металлов, каждый из которых предназначен для определенных механизмов износа.
| Тип сплава/основание | Ключевые характеристики | Распространенные оценки/примеры | Основные приложения |
| Мартенситные стали | Высокая твердость и хорошая прочность; достигается за счет термической обработки (закалки и отпуска). | АР400, АР500, 4140, 4340 | Шахтные ковши, футеровки дробилок, бульдозерные отвалы, износостойкие пластины. |
| Аустенитная марганцевая сталь | "Хедфилд Стил". Чрезвычайно вынослив и трудолюбив. При ударе твердость его поверхности резко возрастает, в то время как ядро остается прочным. | А128 Марка С, МН13, МН18 | Вкладыши щековых дробилок, крестовины железных дорог, буровые коронки, гусеничные гусеницы. |
| Белый чугун с высоким содержанием хрома | Исключительная стойкость к истиранию благодаря большому количеству твердых карбидов хрома. Может стать хрупким при ударе. | Ni-Hard, A532 | Корпуса шламовых насосов, футеровки мельниц, валки для измельчения, дробеструйное оборудование. |
| Карбидные композиты | Не монолитный сплав, а критичный износостойкий материал. Частицы твердого карбида вольфрама заключены в прочную металлическую матрицу (например, кобальт или никель). | Композиты из карбида вольфрама, стеллита (на основе кобальта) | Проволока для наплавки, износостойкие пластины, режущие инструменты, сверла, седла клапанов. |
| Сплавы на основе кобальта | Отличная устойчивость к сочетанию износа, коррозии и высоких температур (красная твердость). | Стеллит, сплавы Хейнса | Лопатки газовых турбин, высокотемпературные клапаны, наконечники пил, детали двигателей. |
| Сплавы на основе никеля | Подобно кобальтовым сплавам, обеспечивает хорошую износостойкость и коррозионную стойкость, часто используется там, где кобальт не подходит. | Инконель, Колмоной | Химическое технологическое оборудование, авиационно-космические компоненты, наплавки. |
Эти сплавы не всегда используются для изготовления целых компонентов. Их часто применяют экономичными способами для защиты основного материала:
Литые компоненты: Деталь (как и корпус насоса) целиком отлита из износостойкого сплава.
Износные пластины: Листы закаленной стали (например, AR400) прикрепляются болтами или привариваются к уязвимым поверхностям.
Наплавка/покрытие: Слой износостойкого сплава приваривается или наплавляется на поверхность более дешевого и прочного основного металла. Это очень распространенный и экономичный метод.
Термический спрей: На поверхность напыляют покрытие из сплава для создания износостойкого слоя.
Подводя итог, можно сказать, что износостойкие сплавы представляют собой разнообразное и важное семейство материалов, составляющих основу тяжелой промышленности. Выбор подходящего сплава зависит от точного понимания механизма изнашивания (истирание, удар и т. д.), условий эксплуатации (включая температуру и коррозию), а также экономических соображений.