10.3. Материалы с высокой твердостью поверхности
Высокая твердость поверхности - необходимое условие обеспечения износостойкости при большинстве видов изнашивания. При абразивном, окислительном, усталостном видах изнашивания наиболее износостойки стали и сплавы с высокой исходной твердостью поверхности. При работе в условиях больших давлений и ударов наибольшей работоспособностью обладают аустенитные стали с низкой исходной твердостью, но способные из-за интенсивного деформационного упрочнения (наклепа) формировать высокую твердость поверхности в условиях эксплуатации.
Материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию.
Износостойкость при абразивном изнашивании чистых металлов (рис. 10.4) пропорциональна их твердости: 
— относительная износостойкость, определяемая в сравнении с образцом-эталоном, 
— коэффициент пропорциональности). В сплавах эта зависимость может не соблюдаться.
При абразивном изнашивании ведущими являются процессы многократного деформирования поверхности скользящими по ней частицами и микрорезание. Степень развития этих процессов зависит от давления и соотношения твердости материала и абразивных частиц. Так как твердость последних велика, то наибольшей износостойкостью обладают материалы, структура которых состоит из твердой карбидной фазы и удерживающей их высокопрочной матрицы. Такую структуру имеют большая группа сталей и сплавов.
Карбидные сплавы применяют при наиболее тяжелых условиях работы в виде литых и наплавочных материалов. Для наплавки на поверхность деталей используют прутки из этих сплавов, которые нагревают ацетиленокислородным пламенем или электродугой.
В промышленности используют более ста сложных по химическому составу литых и наплавочных материалов. Они представляют собой сплавы с высоким содержанием углерода (до 4%) и карбидообразующих элементов 
. В их структуре может быть до 50% специальных карбидов, увеличение количества которых сопровождается ростом износостойкости.
Структуру матричной фазы регулируют введением марганца или никеля. Она может быть мартенситной, аустенитно-мартенситной и аустенитной.
Для деталей, работающих без ударных нагрузок, применяют сплавы с мартенситной структурой. К ним относятся сплавы типа 
(цифры, стоящие после буквы У, показывают содержание углерода в десятых долях процента). Детали, работающие при значительных ударных нагрузках (зубья ковшей экскаваторов, пики отбойных молотков и др.), изготовляют из сплавов с повышенным содержанием марганца с аустенитно-мартенситной 
или аустенитной 
матрицей.
Для деталей машин, работающих при средних условиях изнашивания, применяют спеченные твердые сплавы,
Рис. 10.4. Относительная износостойкость 
металлов с различной твердостью
структура которых состоит из специальных карбидов 
связанных кобальтом, а также высокоуглеродистые стали (структура: мартенсит + карбиды) типа 
и другие. Эти материалы относятся к инструментальным.
Низко- и среднеуглеродистые стали с различными видами поверхностного упрочнения и чугуны применяют для более легких условий изнашивания. В частности, для деталей, работающих в условиях граничной смазки (гильзы цилиндров, коленчатые валы, поршневые кольца и пр.), где абразивное изнашивание сопутствует другим видам изнашивания, например, окислительному. Для сохранения работоспособности узлов трения материал детали должен хорошо противостоять истиранию частицами, являющимися продуктами изнашивания или попадающими в смазочный материал извне. Этим требованиям удовлетворяют низко- и среднеуглеродистые стали, упрочняемые цементацией (см. табл. 8.3 и 8.4), азотированием или поверхностной закалкой с нагревом ТВЧ. В порядке возрастания износостойкости упрочненные поверхностные слои зтих сталей располагаются в следующей последовательности: закаленные, цементованные, азотированные.
