Аустенитная высокомарганцевая сталь (0,9 - 1,4 С, 11,5 - 15 Mn, 0,5 - 1,0 Si%), известная по имени шведского изобретателя Гарфильда, была изобретена в 1888 г. и получила широкое применение в начале ХХ века, как материал для тюремных решеток. Решетки представляли собой двухслойны пруток, в середине которого была сталь 110Г13Л, которую невозможно было перепилить.[9] Из-за трудности обработки резанием практически все изделия из этой стали изготавливают только литьем без последующей механической обработки. Такое поведение стали 110Г13Л объясняется повышенной способностью составляющего ее марганцовистого аустенита к упрочнению (наклепу) при резании с повышением твердости от 200 до 600 НВ, что обычно связывают с возникновением большого количества дефектов в кристаллической решетке стали [6] или превращением аустенита в мартенсит [5].
Принято считать [4] что при чисто абразивном воздействии сталь 110Г13Л демонстрирует низкое сопротивление износу, в то время как в условиях больших ударных больших ударных нагрузок и ударных воздействий, когда металл поверхностного слоя подвергается интенсивному наклепу, сталь приобретает исключительно высокую износостойкость. По этой причине до настоящего времени сталь 110Г13Л продолжает оставаться основным конструкционным материалом для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа с высокими нагрузками и ударными воздействиями. Из нее делают крестовины и стрелки железнодорожных и трамвайных путей, траки гусеничных машин, зубья ковшей экскаваторов, футеровки шаровых мельниц, била и броню дробилок.
В тоже время, как показала практика, в ряде случаев конструкции из стали 110Г13Л демонстрируют в условиях эксплуатации явно недостаточную износостойкость, хотя и работают в условиях больших нагрузок и ударных воздействий. Так, при эксплуатации одних и тех же конструкций шаровых мельниц срок службы их брони из стали Гарфильда при работе на известняке превышает 10 лет, в то время как на железной руде он не достигает и двух лет, хотя в обоих случаях броня подвергается воздействию примерно одних и тех же ударных нагрузок.
С другой стороны, как показывают результаты экспериментов [7] проведенных при сравнительно невысоких нагрузках на образец (Р=3 Н), при изнашивании стали Гарфильда о твердые породы предварительный наклеп материала не повышает его износостойкости.
Это обстоятельство авторы [11] по Болобову объясняют тем, что в процессе абразивного изнашивания все металлические материалы наклепываются до своего предельного состояния, которого невозможно достичь при вынужденном наклепе. Такие результаты и их объяснение ставят под сомнение общепринятую точку зрения о благоприятном влиянии высоких нагрузок и ударных на износостойкость стали Гарфильда при работе по твердым породам.
Экспериментальное изучение процесса абразивного износа стали Гарфильда о породы различной твердости в условиях ударных воздействий и статистических нагрузок, значительно повышающих использованные в работе [11], а так же оценка целесообразности использования этой стали при породах той или иной твердости было проведено доктором технических наук, профессором В. И. Болобовым.[12]
С учетом полученных результатов эксперимента можно сделать следующие выводы о целесообразности использования стали Гарфильда в тех или иных условиях.
В случае сравнительно мягкого абразивного материала с твердостью На, меньшей твердости стали Нс в наклепанном состоянии, сталь Гарфильда целесообразно использовать как при абразивном, так и ударно - абразивном видах воздействия среды, например, при работе зубьев ковшей экскаваторов по известняку (135 - 180 НВ). Поскольку мягкие частицы породы не способны царапать поверхность более твердой стали, в обоих случаях износ носит не абразивный, а усталостный характер (рисунок 3, б), когда поверхностное упрочнение (наклеп) является эффективным способом повышения усталостной прочности деталей и их стойкости к усталостному изнашиванию [7, 8].
