Високомарганцева, корозійно-стійка, аустенітна сталь Гадфілда

Сталь Гадфілда

Попередником і винахідником, який у 1882 році запатентував новий вид сталі з вмістом марганцю (Mn) у середній концентрації 12%, був Роберт Аббот Гадфілд — англійський металург, який народився 28 листопада 1858 року в Шеффілді, який зробив прорив, відкривши незвичайну властивість сталі — високу стійкість до зносу в результаті зміцнення виробу під тиском шляхом додавання до сталі з вмістом вуглецю 1,00-1,25% марганцю в пропорції 1:10.

Новий сорт виявився дуже затребуваним і досі використовується у виробництві деталей, схильних до зносу, що сприяло економічному розвитку багатьох країн, а деталі, які раніше виготовлялися з інших зносостійких сталей, були витіснені через більш швидкий знос.

Крім великого вмісту вуглецю і марганцю в хімічному складі, сталь Гадфілда не містить інших легуючих домішок, що впливають на властивості, крім кремнію, який зазвичай додається в інших марках. У деяких аналогах може бути присутня невелика кількість хрому, нікелю і міді.

Високомарганцева сталь у Польщі отримала назву, яка не охоплюється відомчими та державними стандартами і зустрічається тільки в галузевих стандартах BN-68/0631-04, BN-90/0631-03. Її еквівалентом за німецьким стандартом DIN є X120Mn12 (1.3401, 110Г13Л), а також російські 110Г13Л / Г13 /  Г13Л (110G13Ch2L виливки).

Сталь Гадфілда, як одна з небагатьох легованих вуглецевих сталей, характеризується аустенітною структурою. Вона набуває своїх властивостей тільки після переохолодження у воді або маслі (для дрібних деталей) з температури 1000-1050℃. Вироби з високомарганцевої сталі не є магнітними, проте в відпущеному стані, при неякісній термообробці або холодному гартуванні сталь частково проявляє феромагнітні властивості.

Крім зносостійкості, сталь Гадфілда має стійкість до тиску і ударів, проте в разі деталей, схильних до тертя і зносу без тиску (шліфування), виріб не зміцнюється, в результаті чого верхній шар може піддаватися стиранню. У зв'язку з надзвичайно високою зносостійкістю, зворотним боком медалі є надзвичайно складна механічна обробка матеріалу.

Щоб підготувати виріб до механічної обробки, сталь Гадфілда спеціально нагрівають до температури близько 500 °C з подальшим швидким охолодженням у воді, що надає марганцевій сталі мартенситну структуру.

Крім самого сорту 11G12, до зносостійких сталей відносився також надзвичайно малодоступний сорт 55G15 за стандартом BN-68/0631-03.

Як механічно обробляти зносостійку сталь X120Mn12, 1.3401,110Г13Л / Г13?

Вироби з високомарганцевої сталі 12% обробляються в основному за допомогою абразивних кругів з карбіду кремнію SiC з великим зерном 16-36 і напівтвердим сполучною речовиною. У разі тріщин для шліфування використовуються двосторонні конічні шліфувальні круги, а для шліфування бульбашок — шліфувальні круги на шпинделі. Шліфування слід виконувати в сухому режимі, з помірним тиском, щоб не допустити нагрівання матеріалу, яке викличе структурні зміни і призведе до ослаблення виробу.

Швидкорізальні сталі, такі як Р18 (SW18), є занадто слабкими для будь-якої обробки сталі Гадфілда. Для цієї мети при виборі низьких параметрів механічної обробки можна використовувати швидкорізальну сталь за старим стандартом Р9М4К8 (SK10V) - еквівалент HS10-4-3-10, 1.3207. Для полегшення обробки можна використовувати тверді сплави марки H20. Перенасичений стан матеріалу не виключає можливості механічної обробки, проте значно ускладнює її, тому в стані холодного зміцнення і відпалу при температурі 540-560℃ обробка буде на 1-2 години швидшою. Після обробки сталь повинна бути перенасичена. Крім того, слід зазначити, що при монтажі виробника сталь в відпаленому стані має інший об'єм, ніж в перенасиченому стані. Стружкова обробка повинна виконуватися тільки на кращих верстатах, що не мають вібрацій і поштовхів.

Найпростішим способом обробки поверхні готового виробу є шліфування з помірним тиском насухо, щоб не допустити нагрівання, яке може викликати зміни в структурі виробу. Сталь цього типу можна також різати ацетилено-кисневим пальником при менших перетинах, а механічна обробка можлива з використанням інструментів з швидкорізальної кобальтової сталі або накладок з твердих сплавів.

Якими методами різати сталь X120Mn12, 1.3401, 11G12

Різання аустенітної сталі X120Mn12 (1.3401, 110Г13Л) ацетилено-кисневим пальником не складніше, ніж різання звичайних вуглецевих сталей. При проведенні операції слід враховувати можливість виникнення структурних змін, викликаних нагріванням від високої температури полум'я. Щоб різати матеріал з належною швидкістю, з рівномірною подачею і відстанню пальника від поверхні виробу, рекомендується використовувати автоматичні або напівавтоматичні пристрої, застосовуючи найбільш вигідні параметри різання, адаптовані до товщини матеріалу, що ріжеться, тобто підбираючи відповідну кисневу форсунку, оболонку, тиск газу і кисню.

Краї різу, на яких неможливо уникнути більш сильного утворення окалини та дрібних структурних змін, слід відшліфувати на глибину 1-2 мм. При різанні паяльною лампою рекомендується інтенсивно охолоджувати область різу струменем води, щоб не допустити структурних змін у місці різання паяльною лампою.

У матеріалах марки 110Г13Л / X120Mn12 можна також успішно вирізати отвори за допомогою різака.

Зварювання та наплавлення сталі 110Г13Л / X120Mn12 — електроди, додаткові заходи та зауваження

Внаслідок недостатньої стійкості аустенітної структури високомарганцевої сталі 110Г13Л / X120Mn12 при підвищених температурах єдиним методом зварювання і наплавлення, що гарантує мінімальний нагрів і перебування сталі в температурах розкладання аустеніту, є зварювання і наплавлення електричною дугою електродами малого діаметра і низькою інтенсивністю струму. Вибір відповідного типу електродів знижує ризик деформації зварних з'єднань і утворення тріщин у зварному шві. Для зварювання використовуються електроди ES18-8, ES18-8-6, ES24-18 і EN400Mn.

Сталь X120Mn12 не витримує без погіршення своїх високих механічних властивостей повільного нагрівання і охолодження при температурах близько 400-900℃. Тривале тепло зварювання призводить до часткового розпаду аустенітної структури і виділення карбідів уздовж меж зерен не тільки в зварному шві або наплавці, але і в вихідному матеріалі, тобто в приварній зоні.

Листи, заготовки та прутки з високомарганцевої зносостійкої сталі

Вищеописані високомарганцеві зносостійкі сталі визначені галузевими стандартами GOST 977-88, BN-68/0631-03, BN-68/0631-04, BN-90/0631-04 і стандартом PN-EN ISO 4957, відповідно до яких поставляються:

• Плоскі вироби за EN 10029, EN 10163, GOST 19903-2015, GOST 14637-89
• Вироби ковані вільно за PN-81/H-93020, PN-84/H-94004, GOST 8479-70, GOST 1133-71
• Сталеві виливки за стандартами PN-H-83160, EN 10349, GOST 977-88