Что такое цементуемые легированные стали

Цементуемые легированные стали

Цементуемые стали относятся к низкоуглеродистым сталям, содержание легирующих элементов в которых, как правило не превышает 5%. Функциональное назначение таких сталей — цементу­емые детали (зубчатые колеса, кулачки, оси, рычаги переключений и т.п.), ра­ботающие в условиях трения. После насыщения поверхности углеродом, закалки и низкого отпуска низкоуглеродистые стали наряду с твердой поверхностью (58-63 НК.С) имеют достаточно прочную и вязкую сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок.

Хромистые стали 15Х, 20Х, а также содержащие дополнительно вана­дий (15ХФ) или бор (20ХР), образуют группу дешевых сталей нормальной прочности. Для уменьшения коробления их закаливают в ма­сле. В результате они приобретают структуру троостита или бейнита. Стали этой группы при­меняют для небольших деталей (сечением не более 25 мм), работающих при средних нагрузках.

Хромоникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А при­меняют для крупных деталей ответственного назначения. После закалки в масле эти стали в сечениях до 100 мм имеют структуру низкоуглеро­дистого мартенсита в смеси с нижним бейнитом, которая обеспечивает сочетание высокой прочности и вязкости.

Хромоникельмолибденовая (хромоникельвольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) наиболее высоколегирована и имеет высокие ме­ханические свойства. В этой стали отсутствует перлитное превращение, а температурный интервал бейнитного превращения практически сливается с мартенситным, поэтому при любом, даже очень медленном охлаждении получается структура мартенсита (или смеси мартенсита и бейнита). В качестве смягчающей операции проводят высокий отпуск на сорбит.

Механические свойства цементуемых сталей и их применение приведены в таблицах П10, П11.

Улучшаемые стали

Улучшаемые легированные стали применяют для большой группы деталей машин, работающих не только при статических, но и в условиях циклических и ударных нагрузок (валы, штоки, шатуны, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).

Хромоникельмолибденовые (хромоникельвольфрамовые) стали 40ХН2МА, З8ХНЗМА, 38ХНЭМФА, а также 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) от­носятся к глубокопрокаливающимся сталям, предназначенным для дета­лей с поперечным сечением 100 мм и более.

Недостатки этой группы сталей: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонность к образованию флокенов.

Механические свойства и область применения улучшаемых сталей приведены в таблице П12, П13.

Дата добавления: 2016-09-06 ; просмотров: 3931 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Цементуемые углеродистые и легированные стали.

Цементация – вид химико-термической обработки стали (малоуглеродистой и среднелегированной), при которой поверхностные слои изделий насыщаются углеродом с последующей термической обработкой для повышения износостойкости и сопротивляемости ударным нагрузкам.

Эти стали содержат 0,1…0,25% углерода. Небольшие детали, работающие на износ при малых нагрузках, т.е. в условиях, когда прочность сердцевины не оказывает существенного влияния на эксплуатационные свойства, изготовляют из углеродистых сталей марок 10, 15, 20. Тяжелонагруженные крупные детали, в которых кроме высокой твердости поверхности необходимо иметь прочную сердцевину, изготовляют из легированных сталей марок 12Х2Н4А, 18ХГТ, 18Х2Н4ВА и других. После цементации, закалки и низкотемпературного отпуска твердость поверхности составляет 60…64 НRС, а твердость сердцевины 30…40 НRС.

Широко используются хромистые, хромованадиевые, хромоникелевые, хромомарганцевые, хромомарганцевоникелевые стали, а также стали, легированные бором.

Цементация (и нитроцементация) применяется для упрочнения валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, зубчатых колес и многих других деталей машин и механизмов.

Улучшаемые углеродистые и легированные стали.

К улучшаемым сталям относятся среднеуглеродистые стали (0,3…0,5%C), подвергаемые закалке от 820…880°С в масле (крупные детали – в воде) и высокотемпературному отпуску при 550…680°С (улучшению). Углеродистые стали марок 40 и 45 используют для изготовления деталей небольших сечений и испытывающих небольшие напряжения. Легированные стали марок 45Х, 30ХГС, 40ХНМ и многих других, обладающих высокой прочностью и достаточно хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью, используют для изготовления деталей значительного сечения и работающих при высоких нагрузках.

Широкое применение нашли хромистые, хромомарганцевые, хромокремне-марганцевые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и хромоникельмолибдено-ванадиевые стали.

Улучшаемые стали используются для изготовления коленчатых валов, шатунов, клапанов, шпинделей, зубчатых колес, валков горячей прокатки, муфт, дисков паровых турбин и других ответственных деталей. Высокая поверхностная твердость достигается закалкой токами высокой частоты.

Высокопрочные легированные стали.

Рессорно-пружинные стали.

Указанные стали используют для изготовления рессор, пружин и упругих элементов различного назначения. Основные требования к этим сталям – высокое сопротивление малым пластическим деформациям (высокий предел упругости) и высокий предел выносливости при достаточных пластичности и сопротивлении хрупкому разрушению. Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью.

Этими свойствами обладают углеродистые стали, содержащие более 0,5…1,0%С (например, стали 65, 85), а также стали, легированные кремнием, марганцем, вольфрамом, ванадием, хромом и другими элементами (стали марок 50С2, 60С2А, 70С3А, 60С2ХФА, 65С2ВА и др.). Стали подвергают закалке от 830…850°С в масле (в случае больших сечений – в воде) и отпуску при 400…520°С.

После закалки по всему объему должна быть мартенситная структура. Присутствие остаточного аустенита, продуктов эвтектоидного или промежуточного превращений ухудшает пружинные свойства.

Шарикоподшипниковые стали.

Сталь, предназначенная для изготовления подшипников качения (наружные и внутренние кольца, шарики и ролики), должна обладать высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. Основная сталь, используемая для этой цели, – сталь ШХ15, где число, деленное на 10, означает среднее содержание хрома в % (0,95…1,05% С, 1,30…1,65% Сr). Применяется также сталь ШХ15СГ, ШХ4

Термическая обработка подшипниковой стали заключается в следующем. Сначала сталь подвергают отжигу, который обеспечивает получение однородной структуры мелкозернистого перлита с твердостью НВ 178…207, обладающего удовлетворительной обрабатываемостью резанием и достаточной пластичностью при холодной штамповке шариков и роликов. После этого кольца, шарики и ролики подвергают закалке от 840…860°С в масле для получения структуры мартенсита и низкому отпуску при 150…170°С (HRC 61…65).

Износостойкие стали.

В качестве износостойкой стали широкое применение нашла высокомарганцовистая сталь 110Г13Л, содержащая 0,9…1,3%С и 11,5…14,5%Mn. Из нее изготавливают крестовины железнодорожных и трамвайных путей, ковши экскаваторов, щеки дробилок и другие детали машин и механизмов, работающих в условиях абразивного изнашивания, высоких давлений и ударных нагрузок.

После литья структура стали 110Г13Л состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)₃С, выделяющихся по границам зерен и снижающих прочность и вязкость стали. Литые изделия подвергаются закалке с нагревом до 1100 0 С и охлаждением в воде. При такой термообработке карбиды растворяются, и сталь приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

Характерной особенностью стали 110Г13Л является ее способность сильно упрочняться под действием холодной деформации. При ударных нагрузках происходит деформационное упрочнение аустенита и образование ε-мартенсита с ГПУ-решеткой, что приводит к высокой износостойкости. В условиях чистого абразивного изнашивания и при небольших ударных нагрузках мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали невысокая.

Фосфор, образующий по границам зерен хрупкую фосфидную эвтектику, придает стали хладноломкость. Поэтому при использовании этой стали в районах севера содержание фосфора не должно превышать 0,02…0,03 %.

При циклическом контактно-ударном нагружении и ударно-абразивном изнашивании высокой стойкостью обладает литая сталь 60Х5Г10Л, также претерпевающая при эксплуатации мартенситное превращение. В условиях изнашивания при кавитационной эрозии применяют стали 3ОХ10Г10, ОХ14АГ12 и ОХ14Г12М, испытывающие при эксплуатации частичное мартенситное превращение (судовые гребные винты, лопасти гидротурбин и гидронасосов и др. детали).

Инструментальные стали.

Инструментальные стали – углеродистые и легированные стали, которые используются преимущественно для изготовления штампов, режущих, измерительных инструментов и некоторых деталей машин, работающих при небольших или умеренных динамических нагрузках. По структуре эти стали близки к эвтектоидным или заэвтектоидным сталям. Они обладают высокой твердостью (до 60…65 HRC), износостойкостью, прочностью и другими ценными свойствами.

Инструментальная легированная сталь входит в группу среднелегированных сталей. Введение хрома, вольфрама, ванадия, молибдена, марганца, кремния, никеля придает инструментальным сталям высокую твердость, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры без снижения твердости, и другие ценные свойства.

По сравнению с ними углеродистые стали хрупки (особенно после закалки), поэтому изготовленные из них режущие инструменты при нагреве

до 200 0 С теряют свою твердость.

Маркируют инструментальные стали следующим образом. Углеродистые стали обозначают буквой У (углеродистая). Следующее за буквой число, деленное на 10, показывает среднее содержание углерода в процентах. Например, марка стали У7 означает, что среднее содержание углерода составляет 0,7%, а марка стали У13 означает, что среднее содержание углерода – 1,3 %. Буква А на конце маркировки (например, У8А) указывает, что сталь высококачественная, содержит по сравнению с обычной меньше серы и фосфора (до 0,02 и 0,03% соответственно).

Легированные инструментальные стали маркируют числом, буквами и следующими за ними цифрами. Например, 7Х3, 11ХФ. Как и в случае углеродистых сталей, число, деленное на 10, означает среднее содержание углерода в процентах. Если содержание углерода составляет около 1%, то число может не ставиться. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры (числа) – содержание соответствующего элемента в целых процентах.

Инструментальную легированную сталь делят на две группы:

группа I – стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4ВФ1; из них изготавливают пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.

группа II – стали для штамповочного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т.д.

К инструментальным легированным сталям относятся также быстрорежущие стали, отличающиеся высокой твердостью и теплостойкостью. Они входят в группу высоколегированных сталей и обозначаются буквой Р (от англ. rapid steel – быстрорежующая сталь), за которой в процентах указывается среднее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Содержание некоторых других легирующих может не обозначаться. Установлены следующие марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т.д.

Для обработки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности резанием применяют инструмент твердосплавный на основе кобальта и титана – ВК8, Т5К10 и др.

Источник

Цементуемые углеродистые и легированные стали.

Особенности технологии цементации

ХТО детали применяется после механической подготовки изделия. Нередко возникает необходимость упрочнения лишь определенной части заготовки, а не всей ее поверхности. В данном случае участки, не требующие повышения показателей прочности, обрабатываются слоем меди минимальной толщины электролитическим методом или же покрываются специально предусмотренными веществами – обмазками. В качестве обмазывающих средств может использоваться асбест, песок, жидкое стекло или глина с огнеупорными свойствами. Выделяют несколько технологий цементации стальных изделий.

С применением твердого карбюризатора

В данном случае в качестве источника атомарного углерода применяется древесный уголь и активизирующие вещества, к примеру, углекислый барий и кальцинированная сода. Подготовленные изделия укладываются в литые чугунные или сварные стальные емкости. Внутрь ящика круглой или прямоугольной формы помещается древесный уголь слоем в 2-3 см, после чего укладывается первый ряд заготовок с предусмотренным отступом между деталями и стенками резервуара. Количество слоев определяется стандартами технологии. Толщина слоя карбюризатора между рядами заготовок составляет 1-1,5 см. Толщина верхнего слоя карбюризатора варьируется в пределах от 3,5 см до 4,0 см. Емкость закрывается крышкой, зазоры герметизируются огнеупорной глиной или глиняно-песчаной смесью.

Цементация происходит при температуре 910-930°C. Время нахождения заготовок в печи рассчитывают по такому принципу: 7-9 минут на каждый сантиметр самого малого параметра емкости. Качественность прогрева определяется состоянием подины печи (если на поверхности отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с резервуаром, значит нагрев можно прекратить). После нагревания емкость остужают до 400-500°C, после чего ее открывают.

Газовая технология цементации

Данный процесс считается более производительным, в сравнении с описанным выше, благодаря чему технология пользуется популярностью в промышленной сфере при массовом производстве.

Достоинства газовой химико-термической обработки:

Достичь оптимальных показателей твердости и износостойкости можно при помощи цементации в среде, состоящей из метана, пропан-бутановых смесей, а также различных углеродов. Процесс осуществляется при температуре в пределах 910-930°C в печах шахтного типа. Процесс обработки, как правило, занимает от 6 до 12 часов.

Науглероживание также может осуществляться в электролитных растворах, кипящих слоях или же пастообразных смесях.

Цементуемые стали

Конструкционные стали общего назначения

Конструкционные легированные стали

Углеродистые конструкционные качественные стали

маркируют двузначными числами 08, 10, 15, 20, 25, 30, …85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, например, сталь 08 содержит 0,08% С, сталь 10 – 0,1% С.

бывают качественные и высококачественные. Маркировка буквенно-цифровая. Число в начале марки – содержание углерода в сотых долях процента, буквы обозначают легирующий элемент (Табл.4), число после буквы – среднее содержание легирующего элемента в процентах, если числа нет – легирующего элемента около 1%.

Обозначения основных легирующих элементов в маркировке сталей

* Буква «А» в середине марки стали означает сталь, легированную азотом. Например, сталь 16Г2АФ содержит 0,16% С, 2% Mn, 0,2%V и 0,02%N.

Буква «А» в начале марки стали указывает на автоматную сталь, например, А40Г. Буква «А» в конце марки стали – на высокое качество стали, например, 18Х2Н4ВА – 0,18%С, 2%Cr, 4%Ni,

1%W, А – высококачественная.

8.2.4. Инструментальные стали:

Углеродистые стали качественные маркируют У7, У8…У13 и высококачественные – У7А, У8А…У13А. “У”- углеродистые. Цифра указывает на среднее содержание углерода в десятых долях процента, например, сталь У8 содержит 0,8%С, У13 – 1,3%С.

Легированные стали имеют буквенно-цифровую маркировку: первая цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента, если цифры нет, то содержание углерода 1% или более. Далее буквы, обозначающие легирующие элементы (табл. 4) и цифры, показывающие содержание легирующих элементов в процентах. Например, 9ХС содержит 0,9% С, 1% Cr и 1% Si.

Конструкционные стали общего назначения в зависимости от вида окончательной термообработки делят на:

– низкоуглеродистые, содержат 0,1…0,3%С. Применяются для деталей, от поверхности которых требуется высокая твердость и износостойкость, а от сердцевины повышенная вязкость.

Термообработка: цементация+закалка+низкий отпуск. Структура на поверхности: МОТП+ЦII+АОСТ, твердость поверхности 58…64 HRC. Структура сердцевины зависит от химического состава стали.

: 15, 20, 25. Структура сердцевины П+Ф; Применяются для ненагруженных деталей — шестерен, крепежа, кулачков и др.

Низколегированные хромистые стали: 15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХМ. Структура сердцевины — нижний бейнит. Применение — поршневые пальцы, распределительные валы, крестовины карданного вала и др.

Cr-Ni- и Cr-Mn-стали: 12ХН3А, 18Х2Н4ВА, 25ХГМ, 18ХГТ. Структура сердцевины – низкоуглеродистый мартенсит. Применяют их для высоконагруженных деталей, работающих в условиях износа, ударных и циклических нагрузок: шестерни ведущих мостов и главных передач грузовых автомобилей, валы коробок передач, полуоси и др.

8.3.2. Улучшаемые стали – среднеуглеродистые,

содержат 0,3…0,5% С. Применяются для деталей, работающих при ударных и циклических нагрузках: коленчатые и карданные валы, валы редукторов, оси, шатуны, шестерни и др.

Основная термообработка: улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура: зернистый сорбит, который оптимально сочетает высокую прочность с высокой ударной вязкостью и выносливостью. Для малонагруженных деталей вместо улучшения проводится нормализация. Для деталей, работающих в условиях повышенного износа, после улучшения или нормализации проводят поверхностную закалку ТВЧ или азотирование.

30, 35, 40, 45, 50. Термообработка: улучшение (нормализация), структура сорбит отпуска зернистый (сорбит пластинчатый+феррит). Обладают малой прокаливаемостью, применяются для осей шестерен, фланцев, крепежных деталей.

Хромистые: 30Х, 40Х, 40ХФА. Термообработка: улучшение + закалка ТВЧ + низкий отпуск. Структура: на поверхности — МОТП+АОСТ, в сердцевине – СОТП. Применяются для шатунов, валов коробки передач, шатунных болтов, креплений маховика, крепежа и т.д.

Хромомарганцевые 40ХГ, 40ХГТР, хромоникелевые 45ХН, 40ХН2МА. Термообработка: улучшение, структура сорбит отпуска зернистый. Применение: валы, штоки, поршни, шаровые пальцы, шатуны, коленчатые валы.

Хромомарганцевокремниевые (хромансилы): 30ХГС, 35ХГСНА. Термообработка: изотермическая закалка или улучшение. Структура, соответственно, – нижний бейнит или сорбит зернистый. Применяются для шаровых пальцев, рычагов рулевого управления, шатунных болтов, креплений маховика и.т.д.

Хромоалюминиевые (нитраллои): 38Х2МЮА. Термообработка: улучшение+азотирование. Структура: на поверхности – карбонитриды легирующих элементов, в сердцевине – СОТП. Применяются для гильз цилиндров мощных двигателей, плунжеров топливной аппаратуры, игл форсунок.

Маркировка стали

Все углеродистые согласно маркировке стали делятся на три категории:

У стали обыкновенного качества в начале обозначения стоят буквы Ст. За буквами Ст в маркировке идет цифровое обозначение. Цифра в маркировке обозначает номер марки металла. Далее, после номера, вписывается тип сплава. Обозначение типа сплава следующее:

Непосредственно перед буквенным обозначением сплава стоит буква, обозначающая группу стали. Если продукт относится к группе А, то буква не проставляется.

Цветовая маркировка

Для быстрого определения марки производитель наносит специализированной краской соответствующие полосы:

Цветовая маркировка
Степень наличия углерода в материале определяется в самом начале. Количество углерода для металла группы А указывается в сотых частях процента. Для Б и В – в десятых. В некоторых случаях после этих цифр производитель проставляет букву Г. Она означает, что в изделии содержится большое количество марганца.

Категории качественной стали

Качественные стали разной маркировки можно разделить на несколько категорий:

Исключения в обозначениях

Качественные стали имеют некоторые исключения в обозначениях. К ним относятся:

Качественные углеродистой стали

Из вышеперечисленного следует, что перед использованием изделия из углеродистой стали необходимо обратить внимание на его маркировку. Так можно определить его физико-химические свойства и область предназначения. Зная значение маркировки металлической продукции, не возникнет трудностей при подборе конкретного вида для любых целей.

Классификация стали

Все углеродистые стали, в зависимости от области предназначения, разделяются на низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и высокоуглеродистые стали, и делятся по нескольким параметрам:

Согласно основным стандартам, углеродистые стали делятся на:

Источник

Особенности цементации стали в промышленных и домашних условиях

Цементуемые и улучшаемые стали

Используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины.
Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).

С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации.

Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.

Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки).

Хромистые стали 15Х, 20Х используются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину h =1…1,5 мм. При закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение. Вследствие этого хромистые стали обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и большей прочностью в цементованном слое.

Дополнительное легирование хромистых сталей ванадием (сталь 15ХФ), способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость.

Никель увеличивает глубину цементованного слоя, препятствует росту зерна и образованию грубой цементитной сетки, оказывает положительное влияние на свойства сердцевины. Хромоникелевые стали 20ХН, 12ХН3А применяют для изготовления деталей средних и больших размеров, работающих на износ при больших нагрузках (зубчатые колеса, шлицевые валы). Одновременное легирование хромом и никелем, который растворяется в феррите, увеличивает прочность, пластичность и вязкость сердцевины и цементованного слоя. Стали мало чувствительны к перегреву. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевых сталей и позволяет проводить закалку крупных деталей с охлаждением в масле и на воздухе.

Стали, дополнительно легированные вольфрамом или молибденом (18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей. Эти стали являются лучшими конструкционными сталями, но дефицитность никеля ограничивает их применение.

Хромомарганцевые стали применяют вместо дорогих хромоникелевых, однако эти стали менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость. Введение небольшого количества титана (0,06…0,12 %) уменьшает склонность стали к перегреву (стали 18ХГТ, 30ХГТ).

С целью повышения прочности применяют легирование бором (0,001…0,005 %) 20ХГР, но бор способствует росту зерна при нагреве.

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях ( при действии разнообразных нагрузок, в том числе переменных и динамических). Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

Улучшаемые легированные стали применяют для более крупных и более нагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладноломкости.

Хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х используются для изготовления небольших средненагруженных деталей. Эти стали склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым.

Повышение прокаливаемости достигается микролегированием бором (35ХР). Введение в сталь ванадия значительно увеличивает вязкость (40ХФА).

Хромокремнистые (33ХС) и хромокремниймарганцевые (хромансил) (25ХГСА) стали обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Стали хромансилы обладают высокой свариваемостью, из них изготавливают стыковочные сварные узлы, кронштейны, крепежные и другие детали. Широко применяются в автомобилестроении и авиации.

Альтернативные способы повышение износостойкости металлов

33.Цементируемые стали. Структура и термообработка.

Цементация стали — поверхностное диффузионное насыщение малоуглеродистой стали углеродом с целью повышения твёрдости, износоустойчивости.

Цементуемые стали используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность и твердость и достаточную вязкость сердцевины. Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).

Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.

Цементуемые легированные стали применяют для более крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки). По качеству цементуемые стали делятся на обыкновенные, качественные и высококачественные (легированные). Цементуемые стали цементуют и подвергают термической обработке (закалке и отпуску). Такая обработка обеспечивает высокую поверхностную твердость (HRC 58-63) и сохраняет требуемую вязкость и заданную прочность сердцевины металла. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементованный слой должен миметь твердость HRC 58-62 а сердцевина – 30-42.

34.Конструкционные улучшаемые стали. Режимы термической обработки. Структура и свойства.

Улучшаемыми называют такие стали, которые используются после закалки с высоким отпуском (улучшения). Эти стали (40Х, 40ХФА, 30ХГСА, 38ХН3МФА и др.) содержат 0,3-0,5 % углерода и 1-6 % легирующих элементов. Стали закаливают с 820-880 oС в масле (крупные детали – в воде); высокий отпуск производят при 500-650 oС с последующим охлаждением в воде, масле или на воздухе (в зависимости от состава стали). Структура стали после улучшения – сорбит. Данные стали применяют для изготовления валов, шатунов, штоков и других деталей, подверженных воздействию циклических или ударных нагрузок. В связи с этим улучшаемые стали должны обладать высоким пределом текучести, пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезу. Стали относятся к мартенситному классу, слабо разупрочняются при нагреве до 300-400 oС. Из них изготавливают валы и роторы турбин, тяжело нагруженные детали редукторов и компрессоров. Если конструкционную сталь легированы, то подразделяют: хромистые (30Х,38Х,40Х,50Х,чемм больше С, тем прочнее, но пластичность и вязкость ниже, склонны к отпускной хрупкости, поэтому после высокого отпуска охлаждение должно быть быстрым), хромомарганцевые(40ХГ, достаточно высокая прочность и прокаливаемость, но пониженная взякость, склонность к отпускной хрупкости и росту зерен аустенита при нагреве), хромокремнемарганцевые (20ХГС,25ХГС,30ХГС, высокая прочность, хорошая свариваемость), хромоникелевые (40ХН,45ХН, высокая прокаливаемость, хорошая прочность и вязкость), хромоникельмолибденовые(40ХН2МА), хромоникельмолибденванадиевые стали (38ХН3МФ, 36Х2Н2МФА, высокая прокаливаемость, высокая прочность, пластичность, вязкость, низкий порог хладноломкости),

35.Рессорно-пружинные стали. Режимы термической обработки. Структура и свойства.

Пружины, рессоры и другие упругие элементы работают в области упругой деформации материала. В то же время многие из них подвержены воздействию циклических нагрузок. Поэтому основные требования к пружинным сталям – это обеспечение высоких значений пределов упругости, текучести, выносливости, а также необходимой пластичности и сопротивления хрупкому разрушению, повышенной релаксационной стойкости. Стали должны обладать хорошей закаливаемостью и прокаливаемостью. После закалки мартенситная структура должна быть по всему объему. Присутствие после закалки продуктов эвтектоидного или промежуточного превращения, феррита, перлита, а также остаточного аустенита ухудшает все пружинные свойства, Чем мельче зерно, тем выше сопротивление малым пластическим деформациям. Стали для пружин и рессор содержат 0,5-0,75 % С; их также дополнительно легируют кремнием (1,5- 2,8 %), марганцем (0,6- 1,2 %), хромом (0,2- 1,2 %), ванадием, вольфрамом и никелем. При этом происходит измельчение зерна, способствующее возрастанию сопротивления стали малым пластическим деформациям, ее релаксационной стойкости. Для пружин малого сечения, закалеваемых в масле и испытывающих невысокие напряжения, применяют углеродистые стали 65,70,75,85. В случае больших сечений (диаметр 5-8 мм) закалку углеродистых сталей производят в воде. Широкое применение на транспорте нашли кремнистые стали 55С2, 60С2А, 70С3А. Лучшими технологическими свойствами, чем кремнистые стали, обладает сталь 50ХФА, широко используемая для изготовления автомобильных рессор. ТО легированных пружинных сталей (закалка 850-880 oС, отпуск 380-550 oС) обеспечивают получение высоких пределов прочности и текучести. Применяется также изотермическая закалка. Для изготовления пружин также используют холоднотянутую проволоку (или ленту) из высокоуглеродистых сталей 65, 65Г, 70, У8, У10 и др.

Технические характеристики металлических изделий после цементации

С целью корректировки крупной зернистости, после окончания процедуры цементации металлические изделия подвергаются дополнительной обработке:

Результатом сквозного прогрева металлического изделия является формирование мартенсита в средней части детали. Методика обработки детали после цементации определяется её маркой. Чаще всего применяется отпуск в низкотемпературной среде.

Цементуемые стали

Цементуемые и улучшаемые стали, марки, свойства и примеры применения.

При работе деталей под действием динамических нагрузок в усло­виях поверхностного износа для их изготовления применяют низ­коуглеродистые стали, содержащие обычно не более 0,2 % С, подвергая их цементации, закалке и низкому отпуску. В отличие от слабо­прокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термо­обработке легированных сталей происходит дополнительное упроч­нение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легиро­вана сталь. В зависимости от степени упрочняемости сердцевины разли­чают три группы цементуемых сталей: с неупрочняемой сердцевиной; со слабо упрочняемой сердцевиной; с сильноупрочняемой сердцевиной. К первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупроч­няемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цемен­тованным слоем при закалке аустенит превращается в феррито-перлитную смесь. Вторую группу составляют низколегированные хромистые стали марок 15Х, 20Х, имеющие слабоупрочняемую сердцевину. Дополнительное легирование малыми добавками ванадия (сталь 15ХФ) позволяет получить более мелкое зерно, что улучшает пла­стичность и вязкость стали. Стали третьей группы используют для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, имеющих большее сечение или сложную конфигурацию или подвергающихся дей­ствию больших знакопеременных напряжений. В состав этих сталей вводят никель: 20ХН, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Ввиду его дефицитности никель иногда заменяют марганцем, вводя, кроме того, небольшое количество титана или ванадия для измельчения зерна (18ХГТ). Легирование хромоникелевых сталей вольфрамом или молибде­ном (например, сталь марки 18Х2Н4ВА или 18Х2Н4МА) допол­нительно стабилизирует переохлажденный аустенит, а, следова­тельно, еще больше увеличивает прокаливаемость стали. В ре­зультате закалки в масле сердцевина деталей приобретает структуру мартенсита. Такие стали применяют для крупных тяжело нагруженных деталей типа зубчатых колес, осей и др. Эти детали устойчивы к динамическим нагрузкам

Улучшаемые стали – среднеуглеродистые стали, содержащие 0,3—0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого «улучшения», состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно проводят в масле. Температура отпуска составляет 550—650 °С. После термообработки улучшаемые стали имеют структуру, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, малую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость. Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17—0,37%, марганца — 0,5—0,8 %, и менее 0,035% фосфора и серы. К этой группе относятся: углеродистые стали марок 35, 40, 45; хромистые стали марок 30Х, 40Х; хромистые стали, дополнительно легированные еще одним или двумя элементами: 30ХМ, 40ХГ, З0ХГТ хромансили 20ХГС, ЗОХГС хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni: 40ХН, 40ХНМ комплекснолегированные стали, содержащие 3—4 % Ni; 38ХНЗМ, 38ХНЗМФА. Из сталей этой группы изготовляются сложные по конфигурации детали, подвергаемые ударным нагрузкам. Их недостаток состоит в склонности к флокенообразованию и трудности обработки резанием.

Цементируемые стали марки

Цементация может проводиться в твердых, газообразных и жидких углеродсодержащих средах, которые называются карбюризаторами. Нагрев осуществляют в среде, легко отдающей углерод.

Цементация в твердой среде

Наиболее старым способом является цементация в твердой среде. Детали укладываются в стальной ящик, должны быть полностью покрыты карбюризатором(уголь) и не касаться друг друга и стенок ящика. Ящик герметично закрывается и загружается в печь. При нагреве образуется окись углерода (CO), которая в свою очередь разлагается на углекислый газ (СО2) и атомарный углерод. Так как детали нагреты до температуры выше критической точки Ас3, атомарный углерод проникает вовнутрь мягкого железа.

Режимы обработки: 900-950 градусов, 1 час выдержки на 0,1 мм толщины цементированного слоя. Для получения 1 мм слоя — выдержка 10 часов.

В последнее время нашла широкое применение цементация газами. Детали загружают в печи в которые вводят цементующие газы (окись углерода и метан). При нагреве газ разлагается, образуя атомарный углерод. Продолжительность процесса газовой цементации меньше, чем цементации твердым карбюризатором, так как нагрев и охлаждение производятся с большими скоростями, чем это можно осуществить в цементационных ящиках. Кроме этого, газовая цементация имеет ряд других преимуществ: возможность точного регулирования процесса цементации путем изменения состава цементующего газа, отсутствие громоздкого оборудования и угольной пыли и возможность производить закалку непосредственно из печи. Процесс газовой цементации более экономичен

Источник