Сталь Гадфильда: применение, химический состав и структура

Сталь Гадфильд и ее применениеСталь Гадфильда может называться одним из самых интересных и полезных материалов, так как используется в тех областях, в которых использование другой стали не подойдёт. Эта сталь характеризуется высокой степенью износа, а также обладает высокой пластичностью.

История

Сталь Гадфильда, как уже можно было догадаться по самому её названию, была получена неким Гадфильдом. Но мало кто знает, кто этот человек, и когда была эта сталь им предложена. Если углубиться в историю, то можно узнать тот факт, что этот материал повышенной прочности был получен английским металлургом Робертом Гадфильдом в 1882 году. Она получила широкое распространение довольно скоро, так как на поверку оказалась весьма интересным материалом.

Вскоре после того, как сталь Гадфильда была выпущена в массовое производство, ей заинтересовались военные. И не случайно. Сталь высокой прочности должна была стать очень важным материалом для создания некоторых элементов защитной военной экипировки.

Внедрение стали Гадфильда в военную отрасль началось с того, что материал был использован для создания высокопрочных пехотных шлемов. Сначала такие шлемы были приняты на вооружение в британской армии, но американские военные не остались в стороне и тоже взялись за производство аналогичных шлемов. Технология создания шлемов из стали Гадфильда была неизменна вплоть до 80-х. Дело в том, что к тому времени уже ставшую знаменитой сталь заменили на органопластик, так как он был более лёгким, но оставался довольно прочным.

Также сталь Гадфильда широко применялась в танкостроении. Она использовалась для изготовления гусеничных траков для танков. Первой сталь Гадфильда для этой цели стала использовать фирма "Виккерс" из Британии в конце 20-х годов. Применение этой стали в изготовлении траков танковых гусениц позволило существенно увеличить пробег до 4800 км. Кстати, до использования чудо - стали пробег составлял 500 км. Что самое интересное, этот небольшой показатель считался настоящим рекордом в годы Первой мировой войны. Этот факт показывает насколько важно было использование стали Гадфильда в области танкостроения.

Впоследствии применение стали Гадфильда осуществлялось не только в военных областях. В Советском Союзе выплавку такой стоили освоили только к 1936 году.

Состав, структура и обработка

Свойства стали гадфильдХимический состав стали Гадфильда можно обозначит так: Fe - 82%, Mn - 12%, C - 1%, Si - 1%, другие примеси - 4%. При таком соотношении марганца и углерода в составе этой стали, она имеет аустенитную структуру, которая обеспечивает материалу повышенную устойчивость к износам и склонность к упрочнению при деформации с ударной вязкостью и высокой пластичностью.

Бытует мнение, что именно сталь Гадфильда должна называться первой легированной сталью массового производства.

Из-за того, что аустенит обладает большой вязкостью, сталь просто невозможно обрабатывать посредством резки. Режущие инструменты для обработки стали Гадфильда не подойдут, поэтому для изготовления изделий из этого материала применяют литьё.

Сталь обладает низкой твёрдостью, но в то же время наделен и необычайно высокой износоустойчивостью при трении в условиях высокого давления и ударов. Это можно объяснить тем, что сталь Гадфильда обладает повышенной способностью к наклёпу, которая у этого материала значительно выше, чем у сталей, обладающих аналогичной твёрдостью.

При сварке этой стали следует учитывать следующие её особенности:

  1. Сталь Гадфильда обладает теплопроводностью, которая в 4-6 раз меньше, чем у других сталей. Коэффициент теплового расширения в 1,9 раз больше, чем у сталей малоуглеродистых, что влияет на вероятность появления холодных трещин в зоне термического воздействия и в наплавленном металле;
  2. Есть вероятность появления и горячих трещин, так как литейная усадка стали Гадфильда в 1,6 раз больше усадки малоуглеродистой стали;
  3. Следует помнить, что при нагревании аустенитная структура преобразуется в мартенситную, поэтому существует высокая вероятность появления трещин в зоне термического влияния.

Применение стали Гадфильда

Где применяется сталь гадфильдСталь Гадфильда применяется во многих отраслях производства, так как обладает весьма важными и полезными качествами. При изготовлении изделий из этого материала можно быть уверенным, что он не подведёт, так как прочность и другие положительные качества стали Гадфильда неоспоримы.

Высокая износоустойчивость и прочность напрямую повлияли на популярность этого материала. Различные предприятия, занимавшиеся изготовлением разными видами изделий, применяли этот материал, так как именно эта сталь могла обеспечить необходимую прочность продукции.

Поэтому совершенно неудивительно, что сталь Гадфильда применяется в изготовлении огромного количества разнообразной продукции. С её помощью изготавливаются траки гусениц танков (как было уже упомянуто выше), машин, тракторов, рельсовые крестовины, щёки дробилок, стрелочные переводы, которые способны осуществлять работу в тяжёлых условиях истирания и ударных нагрузок. К тому же именно сталь Гадфильда используется для изготовления оконных решёток для тюремных учреждений.

Кстати, насчёт последнего пункта можно сказать интересный факт. Дело в том, что использование стали Гадфильда для изготовления оконных решёток для тюрем, в шутку называют издевательством по отношению к заключённым. Дело в том, что классический побег предполагает использование ножовки, которой перерезают металлическую решётку, после чего можно совершать побег. В истории зафиксировано огромное количество таких побегов по банальному сценарию с использованием ножовки для резки металла. Кстати, интересный факт: по сведениям тюремных надзирателей, именно ножовки занимают первое место в топе предметов, которые тайком пытаются пронести заключённым их друзья и близкие.

И если в случае использования ножовки по отношению к обычным оконным решёткам, у заключённых ещё были кое-какие шансы для спасения, то использование стали Гадфильда их просто не оставляет. Дело в том, что эта сталь, в отличие от других, обладает очень интересным свойством, которое заключается в том, что в процессе резания прутьев решётки происходит сильный наклёп поверхности, на которую оказывается воздействие. Это влияет на упрочнение стали, на увеличение её твёрдости до твёрдости самой ножовки и даже выше. В результате этого даже не стоит надеяться на положительный результат такого тщетного предприятия.

Выводы

  • Характеристика стали гадфильдСталь Гадфильда является очень востребованным материалом. Её популярность обусловлена большим количеством положительных качеств, которыми она обладает. Высокая устойчивость к износам и возможность применения материала в условиях высокого давления и ударов делает сталь Гадфильда очень привлекательной для производителей различных изделий.
  • Продукция, изготовленная из такой стали, отличается очень высоким сроком эксплуатации. При обработке такого материала следует помнить о его свойствах, которые не позволяют применять режущие инструменты. Для обработки стали Гадфильда следует прибегнуть к плавлению.
  • Сталь Гадфильда применяется в производстве самых различных тяжёлых изделий, использование которых предполагает наличие весьма сложных условий и большого срока эксплуатации.