Показано, что высокая абразивная износостойкость сталей и чугунов достигается, в частности, получением у них многофазной структуры, включающей высокоуглеродистый отпущенный мартенсит, карбиды и метастабильнй остаточный аустенит. У среднеуглеродистых сталей такую структуру можно получить после цементации и соответствующего режима термообработки.

Следует подчеркнуть, что цементации обычно подвергают малоуглеродистые стали, поскольку это позволяет сочетать высокую твердость поверхности и большую вязкость сердцевины. Для сталей со средним и повышенным содержанием углерода цементация практически не используется, поскольку в этом случае не обеспечивается необходимое сочетание механических свойств сердцевины и поверхности, характерные для малоуглеродистых цементуемых сталей. Однако при абразивном изнашивании в отсутствие динамических нагрузок важную роль играют свойства лишь поверхности. В данной работе изучалось влияние цементации и последующей термообработки на твердость, структуру и абразивную износостойкость образцов сталей 45ГЛ и 55Г. Их цементировали в твердом карбюризаторе 9 ч при температуре 920 °С, после чего закаливали в масле с различных температур в диапазоне от 800 до 1000 °С с шагом 50 °C. Заключительной термообработкой был низкий отпуск при 180 °C, 1 час. Относительную абразивную износостойкость определяли по методу Бринелля-Хауорта. Эталоном служили образцы отожженной стали 45.

Согласно полученным данным, с повышением температуры нагрева под закалку с 800 до 1000 °C увеличивается доля остаточного аустенита в структуре поверхностного слоя с 10 до 35%, а количество карбидов и отпущенного мартенсита, соответственно, уменьшается. Это сопровождается укрупнением зерна и снижением твердости с 60…62 до 50…53 HRC. При повышении температуры нагрева под закалку от 800 до 900 °С абразивная износостойкость исследованных сталей возрастает, соответственно, с ε = 1,7 и 1,9 до 2,8 и 2,9 Это обусловлено тем, что после закалки от 900 °С и низкого отпуска в поверхностном слое сталей формируется наиболее благоприятная многофазная структура: углеродистый мартенсит отпуска, нерастворенные карбиды и метастабильный остаточный аустенит (20…25%), претерпевающий динамическое деформационное мартенситное превращение (ДДМП) оптимальной интенсивности. Более высокий нагрев под закалку до 950 °С и особенно до 1000 °С снижает износостойкость. Наиболее низкий ее уровень (ε = 2,2 и 2,3) имеет место после закалки с 1000 °С. Однако он заметно выше, чем после закалки с 800 °С, обеспечивающей получение наиболее высокой твердости (60…62 HRC) и в основном мартенситнокарбидной структуры (количество остаточного аустенита составляет 10…15%).

Повышение температуры нагрева под закалку от 950 до 1000 °С приводит к почти полному растворению карбидов в аустените, и как следствие, увеличивает количество остаточного аустенита в структуре стали после закалки и низкого отпуска. При этом его стабильность по отношению к ДДМП возрастает. Соответственно существенно уменьшается в структуре термообработанной стали не только доля карбидов, но и мартенсита отпуска, играющих важную роль в повышении сопротивления абразивному изнашиванию. Полученные результаты представляют интерес в связи с тем, что в учебной, справочной литературе и заводских инструкциях для получения высокой абразивной износостойкости сталей предусматривается их термообработку после цементации проводить на максимальную твердость, когда в структуре содержится минимальное количество остаточного аустенита, рассматриваемого как нежелательная структурная составляющая. Между тем, при оптимальном количестве и стабильности он полезен.