Износостойкое литьё

Когда слышишь 'износостойкое литьё', первое, что приходит в голову — бронебойные плиты или футуристичные сплавы. На деле же 80% проблем начинаются с банального непонимания, что износостойкость не равна твёрдости. Помню, как на одном из карьеров Кемерово заказчик требовал сталь с 65 HRC для ковша экскаватора — через две недели трещины пошли по всему днищу. Оказалось, забыли про ударные нагрузки и абразивное истирание.

Где рождается настоящая износостойкость

Секрет не в марке стали, а в сочетании параметров: твёрдость поверхности должна работать в тандеме с пластичностью сердцевины. Для зубьев ковшей экскаваторов мы в ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье часто идём на компромисс — используем сталь 110Г13Л, но с модифицированной термообработкой. Недостаточно просто закалить, нужно выдержать так, чтобы карбиды хрома не выкрашивались под нагрузкой.

Кстати, про хром. Высокохромистые чугуны — палка о двух концах. Для насосов шламовых у ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье это идеально, но для тех же портовых крановых колес — катастрофа. Деформационная усталость 'съедает' их быстрее, чем среднеуглеродистые стали. Хотя в спецификациях до сих пор пишут 'хромистый чугун для всех узлов трения' — приходится переубеждать технологов на местах.

Самое сложное — объяснить, что лабораторные испытания на износ и реальная работа в карьере имеют мало общего. Видел образцы, которые в тестах показывали 120% от эталона, а в щековой дробилке не выдерживали и месяца. Причина — неучтённые вибрационные нагрузки, которые вызывают микровыкрашивание карбидов.

Ошибки, которые дорого стоят

В 2019 году пробовали для металлургического оборудования делать отливки из стали 35ХГСЛ с азотированием — казалось, идеальное решение для горячих участков. Но при циклическом нагреве до 600°C азотированный слой отслаивался, как скорлупа. Пришлось признать: для термоциклических нагрузок лучше работает обычная жаропрочная сталь 30Х23Н7С без поверхностного упрочнения.

Частая ошибка — экономия на литниковых системах. Для износостойкого литья усадочные раковины в зоне нагрузки равносильны смертному приговору. Как-то раз пришлось выбраковать партию зубьев для лесозаготовительной техники — вроде бы брак пористости был в допустимых пределах, но именно эти поры стали очагами разрушения при работе с мерзлой древесиной.

Интересный случай был с дорожно-строительной техникой: заказчик требовал единую марку стали для всех ножей автогрейдера. В итоге для резки асфальта и для грунта пришлось делать разные партии — в первом случае важнее стойкость к ударам, во втором — к абразиву. Универсальных решений в износостойком литье не бывает, хоть это и противоречит логике массового производства.

Что не пишут в учебниках

Мало кто учитывает температурный фактор при работе с нержавеющими сталями. Для судовых насосов, например, стандартная 12Х18Н10Т при длительном контакте с морской водой показывает худшую износостойкость, чем более дешёвая 20Х13 — из-за межкристаллитной коррозии. Но в ТУ упорно продолжают прописывать 'нержавейку' как панацею.

Про углеродистые стали тоже есть нюансы. Сталь 45Л для портовых механизмов — классика, но только если правильно рассчитать припуски на механическую обработку. Как-то пришлось переделывать партию талрепов — заказчик сэкономил на обработке, оставил литейную корку, а она стала концентратором напряжений. В шторм полпартии разлетелось.

Самое неприятное — когда теоретические расчёты износостойкости не совпадают с практикой из-за человеческого фактора. Видели, как в нефтехимии запорная арматура из спецстали выходила из строя быстрее рядовой — потому что операторы привыкли 'помогать' закрытию кувалдой. Пришлось разрабатывать конструкцию с защитой от неправильной эксплуатации.

Производственные тонкости

В ООО Чжэньцзян Синшэн Стальное Литье для ответственных отливок перешли на комбинированные формы: нижнюю половину — из хромистого песка, верхнюю — из кварцевого. Это дало прирост в 15-20% к стойкости краевых зон. Правда, пришлось пересматривать режимы сушки — разные коэффициенты теплового расширения материалов initially вызывали трещины.

С легированными сталями работаем по принципу 'минимум необходимого'. Лишний молибден в стали для металлургического оборудования не только удорожает отливку, но и может ухудшить обрабатываемость. Чаще всего оптимален вариант 40ХН2МА — достаточно вязкости для ударных нагрузок и приемлемой стойкости к абразиву.

Термообработка — отдельная песня. Для высокохромистых чугунов иногда сознательно идём на недогрев на 20-30°C против рекомендаций — это даёт более равномерную структуру без хрупких карбидов по границам зёрен. Конечно, приходится потом доказывать заказчику, что твёрдость по Бринеллю — не единственный показатель качества.

Когда теория встречается с практикой

Работая с лесозаготовительной техникой, обнаружили интересный парадокс: импортные аналоги износостойких деталей часто проигрывают нашим не потому, что сталь хуже, а из-за геометрии. Зарубежные производители закладывают сложные формы с рёбрами жёсткости, которые у нас заполняются с дефектами. Иногда проще сделать массивнее, но без внутренних напряжений.

В портовом хозяйстве главный враг износостойкости — не песок, а соль. Для цепей и звёздочек кранов-перегружателей перепробовали десяток покрытий, пока не остановились на диффузионном хромировании с последующей пропиткой полимером. Не технологично, зато работает в 3 раза дольше стандартных решений.

Сейчас экспериментируем с аддитивными технологиями для ремонта изношенных деталей — наплавка порошковыми проволоками даёт интересные результаты для зубьев ковшей. Но пока это дороже, чем новая отливка, хотя для уникального оборудования уже применяем. В целом, износостойкое литьё — это постоянный поиск компромисса между стоимостью, технологичностью и реальными условиями эксплуатации.