
โลหะผสมที่ทนทานต่อการสึกหรอเป็นวัสดุประเภทหนึ่งที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมมาโดยเฉพาะเพื่อให้ทนต่อการเสื่อมสภาพของพื้นผิวและการสูญเสียวัสดุที่เกิดจากการสึกหรอทางกล การสึกหรอนี้อาจเป็นผลมาจากการเสียดสี (การขูดขีด) การกัดเซาะ (ผลกระทบจากอนุภาค) การยึดเกาะ (การครูดและการยึดเกาะ) และการกระแทก
หน้าที่หลักคือการยืดอายุการใช้งานของอุปกรณ์อุตสาหกรรม ลดการหยุดทำงาน และปรับปรุงประสิทธิภาพการดำเนินงานในสภาพแวดล้อมที่มีความต้องการสูง
ศาสตร์แห่งการต้านทานการสึกหรอ
ความต้านทานต่อการสึกหรอไม่ใช่คุณสมบัติของวัสดุเพียงอย่างเดียวเช่นความหนาแน่น มันเป็นพฤติกรรมของระบบที่ซับซ้อน กุญแจสำคัญในการต้านทานการสึกหรอของวัสดุอยู่ที่ความสามารถในการต้านทานการเสียรูปและการแตกหักของพลาสติก โดยหลักแล้วจะทำได้โดยผ่าน:
ความแข็งสูง: ต้านทานการแทรกซึมและการเสียดสีจากอนุภาคแข็ง
การแข็งตัวของงาน: ความสามารถในการแข็งตัวและแข็งขึ้นบนพื้นผิวเมื่อถูกกระแทกหรือเกิดความเครียด (เช่น เหล็กแมงกานีส Hadfield)
ความเหนียว: ต้านทานการบิ่น การแตกร้าว และการหลุดร่อนภายใต้แรงกระแทก
โครงสร้างจุลภาค: การมีอยู่ของฮาร์ดคาร์ไบด์ (เช่น โครเมียม ทังสเตน วานาเดียมคาร์ไบด์) ที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โลหะที่แข็งแกร่งเป็นคุณสมบัติทั่วไป
โดยทั่วไปโลหะผสมที่ทนต่อการสึกหรอจะขึ้นอยู่กับโลหะกลุ่มเหล็ก (เหล็กและเหล็กกล้า) หรือโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก ซึ่งแต่ละประเภทได้รับการออกแบบมาสำหรับกลไกการสึกหรอเฉพาะ
| ประเภทโลหะผสม / ฐาน | ลักษณะสำคัญ | เกรดทั่วไป / ตัวอย่าง | การใช้งานหลัก |
| เหล็กกล้ามาร์เทนซิติก | มีความแข็งสูงและแข็งแรงดี ทำได้โดยการอบชุบด้วยความร้อน (การชุบและแบ่งเบาบรรเทา) | AR400, AR500, 4140, 4340 | ถังขุด, เครื่องบดย่อย, ใบมีดรถปราบดิน, แผ่นสึกหรอ |
| เหล็กแมงกานีสออสเทนนิติก | "แฮดฟิลด์ สตีล". มีความแข็งแกร่งและทนทานต่องานมาก เมื่อกระแทก ความแข็งของพื้นผิวจะเพิ่มขึ้นอย่างมากในขณะที่แกนกลางยังคงแข็งแกร่ง | A128 เกรด C, MN13, MN18 | เครื่องบดกราม, กบรถไฟ, ดอกสว่านหิน, รางตีนตะขาบ |
| เหล็กหล่อขาวโครเมียมสูง | ต้านทานการเสียดสีได้ดีเยี่ยมเนื่องจากมีฮาร์ดโครเมียมคาร์ไบด์ในปริมาณสูง อาจเปราะได้เมื่อถูกกระแทก | ไนฮาร์ด, A532 | ปลอกปั๊มสารละลาย, สมุทรโรงสี, ม้วนเครื่องบด, อุปกรณ์ยิงระเบิด |
| คอมโพสิตคาร์ไบด์ | ไม่ใช่โลหะผสมเสาหิน แต่เป็นวัสดุที่ทนทานต่อการสึกหรอที่สำคัญ อนุภาคทังสเตนคาร์ไบด์แข็งที่ฝังอยู่ในเมทริกซ์โลหะที่แข็งแกร่ง (เช่น โคบอลต์หรือนิกเกิล) | ทังสเตนคาร์ไบด์-คอมโพสิต, สเตลไลท์ (โคบอลต์เป็นหลัก) | ลวดเชื่อมแข็ง แผ่นกันสึก เครื่องมือตัด ดอกสว่าน บ่าวาล์ว |
| โลหะผสมที่มีโคบอลต์เป็นส่วนประกอบหลัก | ทนทานต่อการสึกหรอ การกัดกร่อน และอุณหภูมิสูง (ความแข็งสีแดง) ได้ดีเยี่ยม | สเตลไลท์, โลหะผสมของ Haynes | ใบพัดกังหันแก๊ส วาล์วอุณหภูมิสูง ปลายเลื่อย ส่วนประกอบเครื่องยนต์ |
| โลหะผสมนิกเกิล | คล้ายกับโลหะผสมโคบอลต์ ให้ความต้านทานการสึกหรอและการกัดกร่อนที่ดี มักใช้ในกรณีที่โคบอลต์ไม่เหมาะสม | อินโคเนล, โคลโมนอย | อุปกรณ์แปรรูปทางเคมี ส่วนประกอบการบินและอวกาศ แผ่นปิดผิวแข็ง |
โลหะผสมเหล่านี้ไม่ได้ใช้เพื่อสร้างส่วนประกอบทั้งหมดเสมอไป มักใช้ในลักษณะคุ้มทุนเพื่อปกป้องวัสดุฐาน:
ส่วนประกอบหล่อ: ชิ้นส่วน (เช่น เคสปั๊ม) หล่อจากโลหะผสมที่ทนทานต่อการสึกหรอทั้งหมด
สวมแผ่น: แผ่นเหล็กชุบแข็ง (เช่น AR400) จะถูกยึดหรือเชื่อมเข้ากับพื้นผิวที่เปราะบาง
การเคลือบผิวแข็ง / การหุ้ม: ชั้นของโลหะผสมที่ทนทานต่อการสึกหรอจะถูกเชื่อมหรือหลอมลงบนพื้นผิวของโลหะฐานที่มีราคาถูกและแข็งแกร่งกว่า นี่เป็นวิธีการที่ใช้กันทั่วไปและประหยัด
สเปรย์ความร้อน: การเคลือบโลหะผสมจะถูกพ่นลงบนพื้นผิวเพื่อสร้างชั้นที่ทนทานต่อการสึกหรอ
โดยสรุป โลหะผสมที่ทนต่อการสึกหรอเป็นตระกูลวัสดุที่มีความหลากหลายและมีความสำคัญ ซึ่งเป็นแกนหลักของอุตสาหกรรมหนัก การเลือกโลหะผสมที่เหมาะสมขึ้นอยู่กับความเข้าใจที่แม่นยำเกี่ยวกับกลไกการสึกหรอ (การเสียดสี แรงกระแทก ฯลฯ) สภาพแวดล้อมการทำงาน (รวมถึงอุณหภูมิและการกัดกร่อน) และการพิจารณาทางเศรษฐกิจ