Содержание углерода в цементуемых сталях составляет
Обновлено: 11.05.2024
Цементируемая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Цементируемая сталь
Цементируемая сталь, удовлетворительно деформируется и обрабатывается резанием. [1]
Цементируемые стали должны хорошо обрабатываться резанием, быть наследственно мелкозернистыми, чтобы в процессе цементации не происходил рост зерна, и мало деформироваться при закалке. В цементованном слое не должно быть много остаточного аустенита, снижающего твердость и ухудшающего износостойкость. [2]
Цементируемые стали совсем непригодны для резь-бошлифования вследствие небольшой толщины слоя закалки. [3]
Для цементируемой стали 20Х принимают RC 56ч - 62, причем глубина слоя цементации, в зависимости от размеров и назначения деталей, колеблется в пределах 0 6ч - 1 8 мм. [4]
К цементируемым сталям относятся как углеродистые ( марки Ст. При большем содержании углерода слой получается очень хрупким: в нем образуется грубая цементитная сетка. Структура цементированного слоя представлена на фиг. [5]
Шестерни из цементируемых сталей подвергаются цементации на глубину 1 - 1 5 мм. Шестерни из низколегированных сталей ( 20Х, 18ГТ) закаливаются непосредственно после цементации ( с цементационного нагрева), но с применением подстуживания. Это и проще, и сопряжено с меньшими деформациями. С шестернями из более высоколегированных сталей ( 12ХНЗА и др.) так поступать нельзя, потому что в структуре стали сохраняется очень большое количество ( до 60 - 70 %) остаточного аустенита, разложить который очень трудно: при обработке холодом часто получаются трещины. Поэтому шестерни из таких более высоколегированных сталей после цементации охлаждаются, а затем вновь нагреваются под закалку до температуры 780 - 800 и закаливаются в масле. [6]
Цанги из цементируемых сталей 12ХНЗА и 15ХА обладают высокой устойчивостью против истирания, чему способствует присутствие в этих сталях хрома. [7]
Цанги из цементируемых сталей 12ХНЗА и 15ХА весьма устойчивы от истирания, чему способствует присутствие в этих сталях хрома. [8]
Однако здесь применение цементируемых сталей носит ограниченные размеры. [9]
Вал изготовлен из цементируемой стали, рабочие поверхности кулачков, опорных шеек и зубьев шестерни привода масляного насоса закалены. [10]
Применение изотермической закалки низкоуглеродистых цементируемых сталей не дает особых преимуществ в отношении улучшения механических свойств. В этом случае обычная закалка с низким отпуском сообщает стали структуру низкоуглеродистого мартенсита, имеющего незначительную чувствительность к надрезам. [11]
Поэтому для улучшения обрабатываемости цементируемых сталей прибегают к термической обработке - нормализации, устраняющей крупные сгустки феррита. [12]
Шпиндели, изготовляемые из цементируемых сталей, после чистовой обработки цементируют. [14]
Высокая твердость деталей из цементируемых сталей получается только после закалки науглероженного поверхностного слоя с получением структуры мартенсита. Насыщение поверхностного слоя углеродом повышает устойчивость переохлажденного аустенита, понижает мартенситную точку и увеличивает количество остаточного аустенита. При насыщении указанных сталей углеродом резко возрастает устойчивость переохлажденного аустенита во второй ступени. Время полного распада переохлажденного аустенита в первой ступени существенно не меняется, а иногда даже сокращается. [15]
Цементированная сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Цементированная сталь
Цементированная сталь обладает высокой износоустойчивостью. Наивысшая устойчивость против износа будет обеспечена в том случае, когда структура цементированного слоя состоит из мелкоигольчатого мартенсита с мелкими включениями зернистого цементита. Наличие в поверхностной части цементированного слоя остаточного аустенита нежелательно, так как это вызывает образование точечных выкрашиваний и понижает износоустойчивость слоя. [1]
Исследование прочности цементированной стали для шестерен, сб. [2]
Термическая обработка цементированной стали имеет свои особенности. Эти особенности связаны с тем, что из-за большой выдержки при температуре нагрева цементированная сталь, как правило, имеет крупнозернистую структуру, а распределение углерода в такой стали неравномерно. Эти особенности цементированной стали следует учитывать при последующей термической обработке в соответствии с назначением детали. [3]
Значение предела выносливости хромовых цементированных сталей зависит от вида термической обработки. [5]
Корпус головки изготовлен из цементированной стали и закален до высокой твердости. Повышение точности и срока службы головки достигнуто прецизионным шлифованием пазов под. В черновых жестких головках резцы регулируют в радиальном направлении сменой. [7]
Контртелом служил ролик из цементированной стали 18Х2Н4ВА, контактное давление составляло 0 05 - 0 1 ГПа. Минимальная температура конденсации хрома составляла 450 С, так как при меньшей температуре часто наблюдалось отслаивание покрытия. Аналогичная зависимость наблюдается и для микротвердости: микротвердость уменьшается от - - 7 4 ГПа при температуре конденсации 450 С до 3 8 ГПа при 700 С. Такое изменение механических свойств конденсатов хрома с повышением температуры конденсации авторы объясняют уменьшением микроискажений структуры при более высоких температурах и вследствие этого разупрочнением конденсата. С увеличением скорости конденсации хрома от 0 2 до 2 мкм / мин износостойкость увеличивается в 1 5 - 2 раза, что объясняется увеличением микропористости покрытия с повышением скорости конденсации: улучшаются условия смазки и уменьшается соответственно величина износа. [8]
Комплектовочные шайбы изготовляют из закаленной или цементированной стали. [9]
Комплектовочные шайбы должны быть из закаленной или цементированной стали. [11]
Гидродробеструйное упрочнение повышает твердость поверхности деталей из цементированных сталей 12Х2Н4А, 12Х2НВФА, 13ХЗНВМ2Ф на 25 - 30 %, усталостную прочность зубчатых колес - на 24 - 50 %, контактную долговечность - в 2 - 4 раза. Гидробесструйная установка может быть использована в различных отраслях машиностроения при упрочении зубчатых колес. [12]
После испытания на рабочих поверхностях толкателей из цементированной стали были обнаружены значительные следы схватывания. [13]
Сопротивление износу азотированной стали значительно выше износоустойчивости цементированной стали. Твердость азотированного слоя не снижается при повторном нагреве до температуры 500 - 600 С, что позволяет снизить износ деталей, работающих при высоких температурах. [14]
Даже в этом случае, когда трение сопровождалось схватыванием ( цементированная сталь), фосфид не был обнаружен в составе поверхностных слоев. [15]
Стали цементуемые. Цементация сталей.
22.08.2017 Украинский рынок металлолома продолжает испытывать нехватку сырья
В июне 2017 года поставки металлолома на украинский рынок увеличились по сравнению с майскими на 18 тыс. тонн, составив 269 тыс. тонн. С начала текущего года на украинские металлургические предприятия было поставлено 1421 тыс. тонн сырья, что практически соответствует показателю за аналогичний период прошлого года.
22.08.2017 В ЕС могут ограничить ввоз ферросилиция из Египта и Украины
Европейская комиссия уведомила о начале антидемпингового расследования, касающегося поставок украинского и египетского ферросилиция на территорию ЕС. Инициатор расследования – европейская ассоциация производителей ферросплавов Euroalliages, действующая в интересах компаний Ferropem, Ferroatlantica SL, OFZ и Huta Laziska SA.
22.08.2017 ЕЭК продляет антидемпинговое расследование в отношении украинских горячекатаных уголков
Департамент защиты внутреннего рынка Евразийской экономической комиссии уведомил о продлении антидемпингового расследования, касающегося импорта стальных горячекатаных уголков, происходящих из Украины и ввозимых на таможенную территорию ЕАЭС. Сроки расследования продлены по 10 октября 2017 г. включительно.
22.08.2017 Продолжаются поставки в Россию из Австрии стали для производства ТБД
В январе-июне текущего года, согласно таможенной статистике, импорт толстолистового проката из Австрии в РФ составил 130,4 тыс. тонн.
22.08.2017 Золото дорожает на фоне политической нестабильности и террористических атак
Как сообщает Dow Jones, цена золота выросла в пятницу, 18 августа, на волне усиления интереса инвесторов к так называемым «безопасным гаваням» на фоне политической неопределенности в США и в результате террористических атак в Испании.
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.Твердость поверхности готовой детали должна составлять около ИКС 60. В отличие от слабопрокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термо¬обработке легированных сталей происходит дополнительное упроч¬нение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легирована сталь.В зависимости от степени упрочняемости сердцевины различают три группы цементуемых сталей:с неупрочняемой сердцевинойсо слабо упрочняемой сердцевинойс сильноупрочняемой сердцевинойК первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупрочняемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цемен¬тованным 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.
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 %).
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.
Цементуемые стали. Улучшаемые стали. Химический состав, марки, применение.
С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. 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.).
Цементуемые легированные стали целесообразно применять для крупных и тяжело нагруженных деталей, которым необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину. Хром и никель повышают прокаливаемость стали. Кроме этого легирование повышает предел временной прочности и ударную вязкость стали. Хром в цементированном слое образовывает карбиды ,что повышает твердость и износостойкость цементированного слоя.
Хромистые (15Х, 20Х) и хромованадиевые (15ХФ содержит 0,15% V) стали цементуются на глубину до 1,5 мм. Легирование ванадием уменьшает склонность стали к перегреву. После закалки (880 °С, вода, масло) и последующего отпуска (180°С, воздух, масло) стали имеют следующие свойства: σв= 690-800 МПа, δ=11-12%, KCU = 0,62 МДж/м 2 .
Улучшаемые стали - это углеродистые и легированные стали, содержащие 0,3…0,55% углерода, основным способом упрочнения для них является улучшение(закалка и высокий отпуск), обеспечивающее получение структуры сорбита. Содержание углерода определяет близкий уровень механических свойств 900… 1000 МПа, от ~650…750 МПа при высокой ударной вязкости как углеродистых, так и легированных сталей. Но эти свойства для углеродистых и легированных сталей достигаются в разных сечениях в зависимости от уровня легирования. Для легированных сталей эти свойства можно получить для деталей большего сечения, упрочняемых во всем объеме.
Углеродистые улучшаемые стали 35, 40, 45, 50, 55 имеют низкую прокаливаемость (до 10… 15мм). В улучшенном состоянии они применяются для изготовления деталей небольшого сечения и простой формы. В отожженном или нормализованном состоянии эти стали используются для изготовления деталей большого сечения, работающих при невысоких нагрузках. Из сталей 40, 45, 50, 55 производят также детали, отдельные части (поверхности) которых работают на износ (шейки и шлицы валов, зубья шестерен и др.). Эти поверхности подвергают местной закалке ТВЧ.
Хромистые (35Х, 40Х, 45Х, 50Х) и марганцовистые (35Г, 40Г, 45Г, 40Г2, 45Г2) стали являются наиболее дешевыми среди легированных и применяются для средненагруженных деталей сечением до 30…35 мм. Хромомарганцевые (35ХГ2), хромокремниевые (33ХС, 40ХС) и хромокремнемарганцевые (хромансили 30ХГСА, 35ХГСА) стали имеют более глубокую прокаливаемость и приобретают после улучшения высокие прочностные свойства в деталях большего сечения — до 60…70 мм.
Хромоникелевые стали (40ХН, 45ХН, 50ХН) используются для изготовления деталей с диаметром сечения до 70 мм, а хромоникельмолибденовые (30ХН2МА, 38ХНЗМА, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА) — до 100 мм и более. Эти стали предназначены для крупных деталей ответственного назначения(валы и роторы турбин, нагруженные детали компрессоров и др.). Хромомолибденоалюминиеваясталь 38Х2МЮА применяется для деталей, подвергаемых после улучшения азотированию. Это детали, работающие в условиях повышенного износа (гильзы цилиндров двигателей, шестерни, шпиндели шлифовальных станков и т.п.).
ВОПРОС 5
Начертите диаграмму состояния сплава «Железо - Цементит». Покажите на ней структуры, характерные линии и точки (так же А1, А3, Аm). Справа от диаграммы постройте схематическую кривую медленного охлаждения от 1600 до 600 0 С сплава с заданным содержанием углерода.
Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве, и охарактеризуйте все образующиеся по ходу охлаждения структуры. Зарисуйте эти структуры.
СТАЛИ ДЛЯ ЦЕМЕНТАЦИИ И НИТРОЦЕМЕНТАЦИИ
Цементация и нитроцементация – наиболее распространенные методы химико-термической обработки (ХТО) стали. В результате такой обработки происходит поверхностное упрочнение деталей машин и механизмов: возрастают износостойкость, прочность, усталостная прочность, а в ряде случаев сопротивление коррозии и окалиностойкость.
Цементации и нитроцементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,08…0,25 %, что обеспечивает получение вязкой сердцевины. Для некоторых высоконагруженных деталей содержание углерода в стали может быть повышено до 0,35 %. С повышением содержания углерода в стали уменьшается глубина цементованного слоя, увеличивается прочность и понижается вязкость сердцевины.
Требования, предъявляемые к цементуемым сталям:
- возможность получения требуемого уровня свойств;
- хорошая обрабатываемость резанием;
Цементацию проводят при температурах выше точки А3 в аустенитной области. Температурный интервал цементации составляет 920…980 0 С. Имеется положительный опыт применения для некоторых легированных сталей высокотемпературной цементации при 980…1050 0 С. При этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличения коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зерно аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высокотемпературной цементации необходимо применять стали с наследственно мелким зерном или легировать сталь элементами, замедляющими рост аустенитного зерна при нагреве (Ti, V).
Термическая обработка изделий после цементации заключается в закалке и низкотемпературном отпуске, причем закалка может осуществляться непосредственно от температуры цементации (одинарная термическая обработка) или после охлаждения от температуры цементации (в этом случае часто применяют охлаждение на воздухе – нормализацию) и повторного нагрева до температуры несколько ниже точки А1 с последующей закалкой и отпуском (двойная термическая обработка). Закалку от температуры цементации часто применяют после подстуживания до 840…860 0 С с целью уменьшения коробления изделий.
Легирующие элементы влияют на скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне. Некарбидообразующие элементы, такие как Ni, Si, Co ускоряют диффузию углерода в аустените при 950 0 С. В то же время, эти элементы снижают растворимость углерода в аустените и тем самым уменьшают максимальное содержание углерода в поверхностном слое. Наиболее сильно ускоряет диффузию углерода в аустените и понижает содержание углерода в цементованном слое кремний. Однако при более высоких температурах (1000, 1100 0 С) Si уменьшает коэффициент диффузии углерода в аустените.
Как правило, карбидообразующие элементы понижают коэффициент диффузии углерода в аустените. Например, в стали с 1,2% Si и 1% легирующего элемента при температурах, соответствующих интервалу цементации, наблюдается замедление диффузии углерода при легировании в такой последовательности: Mn, Mo, V, W, Cr. Карбидообразующие элементы повышают максимальную концентрацию углерода в поверхностном слое по сравнению с углеродистой нелегированной сталью, что связано с интенсивным карбидообразованием в поверхностном слое. С повышением температуры содержание углерода в цементованном слое легированных сталей уменьшается.
В легированных сталях после цементации (нитроцементации) и закалки кроме мартенсита и карбидов (карбонитридов) присутствует также остаточный аустенит, количество которого может быть значительным. В небольшом количестве остаточный аустенит в цементованном слое может быть даже полезным, так как при этом повышается пластичность и особенно ударная вязкость, но при большом его содержании существенно снижается твердость стали, поэтому для высоколегированных цементуемых сталей в целях уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом после закалки.
Добавки молибдена до 0,3…0,5% в хромоникелевые и хромомарганцевые стали увеличивают прокаливаемость цементованного слоя (стали 25ХГМ, 20ХНМ, 20ХНМ). Бор увеличивает прокаливаемость сердцевины.
Широко применяется легирование цементуемых сталей элементами, задерживающими рост зерна аустенита при нагреве (V или Ti). Особенно благоприятно легирование цементуемых сталей Ni, который повышает вязкость цементованного слоя и сердцевины и понижает порог хладноломкости. Однако вследствие дефицитности Ni наблюдается тенденция к замене высоконикелевых сталей малоникелевыми (например, стали 18Х2Н4ВА и 20Х2Н4А).
Оптимальное содержание углерода при цементации в поверхностном слое составляет 0,8…0,9%. Увеличение содержания углерода до более высоких значений способствует выделению карбидов по границам зерен, что может приводить к образованию трещин в цементованном слое и снижению механических свойств.
Новые направления в создании цементуемых сталей и их обработке
1) Учитывая дефицитность никеля, разрабатываются безникелевые цементуемые стали типа 15ХГ2МФ. Частично никель заменяют на марганец: 20ХГНМФ.
2) Учитывая, что ванадий и титан являются дорогими элементами, их заменяют комбинацией азота и алюминия, например: 25ХГНМАЮ.
3) Создание низкоуглеродистых сталей, содержащих 4…16% Mn (ЦНИМС) и проведение цементации. Примером таких сталей являются: 08Г4АТФ, 08Г7АФ, 08Г10Х2АФ, 08Г(4-16)ТЮ. Задача сводится к получению аустенитной структуры, армированной карбидами. Метастабильный аустенит в процессе деформации превращается в мартенсит деформации, повышая абразивную износостойкость сталей.
4) Новым направлением в технологии является вакуумная цементация, которая позволяет существенно сократить расход газа – карбюризатора, ионная цементация в тлеющем разряде (ускоренный процесс), цементация в кипящем слое, с нагревом ТВЧ и с использованием источников концентрированной энергии: лазерные лучи, плазменная струя. Это обеспечивает высокую твердость поверхности и получение необходимого количества метастабильного аустенита в структуре, а также чередование в заданной последовательности твердых и мягких составляющих, что существенно повышает износостойкость и другие служебные свойства сталей.
5) Создание дисперсионно-твердеющих сталей, которые могут работать не только при низких, но и повышенных температурах.
6) В принципе, цементировать можно любые стали.
Вопросы для самоконтроля
1. Какие требования предъявляются к сталям для цементации и нитроцементации?
2. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?
3. Какое влияние оказывают легирующие элементы на скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне?
4. Какова термическая обработка сталей после цементации и нитроцементации.?
5. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?
УЛУЧШАЕМЫЕ СТАЛИ
Улучшаемыми сталями называют стали, используемые после закалки и высокого отпуска. Такие стали содержат 0,25—0,5%С и их подвергают закалке от 820—880°С (в зависимости от состава) в масло (крупные детали охлаждают в воде) и высокому отпуску при 500—650°С. После такой обработки структура стали представляет собой сорбит отпуска. Улучшаемые стали должны иметь высокий предел текучести, малую чувствительность к концентраторам напряжений, а в изделиях, работающих при многократно прилагаемых нагрузках — высокий предел выносливости и достаточный запас вязкости: s0,2= 900 МПа, sВ=1100 МПа, d=10%, y=60%, KCU=0,8 МДж/м 2 . Кроме того, улучшаемые стали должны обладать хорошей прокаливаемостью, технологичностью, экономичностью и малой чувствительностью к отпускной хрупкости.
В качестве улучшаемых легированных сталей применяются: марганцовистые, хромистые, хромомарганцевые, хромокремнемарганцевые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромоникельмолибденованадиевые стали.
Свойства улучшаемой стали зависят от прокаливаемости, т.е. от структуры по сечению изделия после закалки. При полной (сквозной) прокаливаемости структура по всему сечению - мартенсит. При неполной (несквозной) прокаливаемости наряду с мартенситом образуются немартенситные продукты распада аустенита (верхний и нижний бейнит, феррито-перлитная смесь).
Наиболее высокие механические свойства (практически по всем показателям) достигаются после высокого отпуска исходной структуры мартенсита. Если сталь имеет другие структуры, то некоторые свойства могут ухудшаться. Особенно сильно это может сказываться на параметрах, характеризующих сопротивление стали хрупкому разрушению (например, температуре перехода из вязкого в хрупкое состояние) и вязкому разрушению (работе развития трещины).
В зависимости от требований по прокаливаемости и необходимого уровня механических свойств в машиностроении используют большое количество различно легированных сталей. Марки легированных конструкционных сталей определяются ГОСТ 4543-71, ряд сталей изготовляется также по техническим условиям. Основными легирующими элементами в улучшаемых сталях являются хром, марганец, никель, молибден, бор, ванадий и др.
Широко распространены следующие улучшаемые машиностроительные стали: 40ХФА, 30Г2, 40ХГТР, 38ХС, 30ХГСА, 30ХМА, 40ХН, 40ХН2МА, 35ХГФ и др.
Легированным конструкционным сталям свойственна повышенная анизотропия свойств, т.е. различие свойств в зависимости от направления деформации при ковке или прокатке. Уменьшение анизотропии свойств достигается металлургическими способами (уменьшением в стали сульфидов и других неметаллических включений, изменением условий горячей пластической деформации и др.). Эти стали чувствительны к флокенам, наиболее чувствительны к образованию флокенов доэвтектоидные легированные перлитные и перлитно-мартенситные стали.
Хромистые стали: 30Х, 35Х, 40Х, 45Х, 50Х, 35Х2АФ, 40Х2АФЕ являются наименее легированными и обеспечивают прокаливаемость в несколько больших сечениях (до 20. 25 мм в масле), чем соответствующие углеродистые стали. Хром не оказывает сильного влияния на разупрочнение при отпуске, однако он увеличивает склонность стали к отпускной хрупкости. Поэтому изделия из этих сталей после высокого отпуска следует охлаждать в масле или воде, недопустимо охлаждение после отпуска с печью. Легирование хромом не увеличивает склонности к росту зерна аустенита. Однако с целью получения мелкозернистой структуры в них вводят ванадий (40ХФ), который, находясь в карбидах, препятствует росту зерна, а при отпуске задерживает разупрочнение. Поэтому для получения одинаковой, прочности сталь 40ХФ при улучшении необходимо отпустить на 30. 50°С выше, чем сталь 40Х. Это имеет большое значение для более полного снятия остаточных напряжений в изделиях и повышения их предела усталости.
Марганцовистые стали (30Г2, 35Г2, 40Г2, 45Г2, 50Г2) имеют несколько большую прокаливаемость, чем хромистые. Однако марганец усиливает склонность зерна к росту, поэтому эти стали чувствительны к перегреву и могут иметь пониженную ударную вязкость, особенно при отрицательных температурах. Эти стали можно применять при обработке ТВЧ и для изделий, несущих небольшие ударные нагрузки.
Хромомарганцевые стали (25ХГТ, 30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ и др.) обладают повышенной устойчивостью переохлажденного аустенита и соответственно прокаливаемостью (до 40 мм). С целью получения мелкозернистой структуры в ряд сталей вводят небольшие добавки титана (0.03. 0.09 %). Легирование ванадием (сталь 35ХГФ) также позволяет получить мелкозернистую структуру и повысить температуру отпуска на заданную твердость. Сталь 35ХГФ обеспечивает замену хромоникелевой стали 40ХН и применяется, как и другие стали этой группы, для машиностроительных деталей ответственного назначения (валы, шатуны, шестеренки и т.д.).
Хромокремнистые и хромокремнемарганцовистые стали (33ХС, 38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА, 35ХГСА и др.) обладают высокой прочностью и умеренной вязкостью. Широкое распространение (особенно в авиастроении) получили стали типа 30ХГСА (хромансиль), обладающие хорошей свариваемостью. Хромансили применяют после закалки и низкого отпуска или после улучшения (отпуск 520. 540°С).
Хромомолибденовые стали (30ХМ, 35ХМ, 38ХМ, 30ХЗМФ, 40ХМФА), обладая хорошей прокаливаемостью, имеют высокий комплекс механических свойств и мало склонны к отпускной хрупкости благодаря молибдену. Особенностью хромомолибденовых сталей является способность сохранять высокие механические свойства при повышенных температурах. Сталь 30Х3МФ имеет прокаливаемость и свойства, подобные таковым хромоникелевой стали 30ХН2МА. Благодаря ванадию сталь 30Х3МФ является мелкозернистой.
Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали (20ХН3А, 20Х2НЧА, 40ХН, 30ХН3А и др., 20ХН2М, 30ХН2М, 38Х2Н2МА, 40ХН2МА, 38ХН3МА, 18Х2Н4МА и др.) являются наиболее качественными, их применяют для изготовления самых ответственных крупных изделий (сечением порядка 100. 1000 мм). Уникальные свойства хромоникелевых и хромоникельмолибденовых сталей достигаются вследствие их чрезвычайно высокой прокаливаемости и наибольшей вязкости.
Стали с 3. 4 % Ni имеют наибольший температурный запас вязкости. К ним относятся стали 20ХН3А, 30ХН3А, 18Х2Н4МА, 38ХН3МА. Однако хромоникелевые стали имеют существенный недостаток: они сильно склонны к обратимой отпускной хрупкости. Молибден и вольфрам значительно ослабляют склонность к развитию отпускной хрупкости, поэтому хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали практически лишены этого недостатка. Молибден и вольфрам взаимозаменяемы в таких сталях, последние могут изготовляться с полной или частичной заменой молибдена на вольфрам из расчета: одна часть молибдена заменяется тремя частями вольфрама. Так, хромоникельвольфрамовые стали должны содержать: 38ХН3ВА 0,5. 0,8 %W; 12X2H4BA 0,8. 1,2 %W. Стали с молибденом и вольфрамом равноценны по свойствам, в том числе и по склонности к отпускной хрупкости.
Хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали иногда содержат ванадий (38ХН3МФА, 45ХН2МФА, 30Х2НМФА), что обеспечивает их мелкозернистость и повышает устойчивость против отпуска.
Хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали являются наилучшими из всех известных конструкционных машиностроительных сталей. В последнее время разработаны конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситного класса, имеющие хорошее сочетание характеристик прочности, пластичности и ударной вязкости. К таким сталям относится сталь 15Х3Г3МФ, имеющая после закалки (920°С, масло) и отпуска (200°С) такие свойства: σВ = 1300. 1400 МПа, σ0,2 = 980. 1070 МПа, ψ = 57. 60 %, δ =12. 14%, КСU = =0,87. 1,1 МДж/м 2 .
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.
Это стали, имеющие временное сопротивление 180…200 кг/мм 2 . В качестве высокопрочных широкое применение получили стали с содержанием углерода 0,45…0,50%, дополнительно легированные Cr, Mo, W и V. После закалки и низкотемпературного отпуска временное сопротивление этих сталей достигает 200…220 кг/мм 2 при сравнительно удовлетворительной пластичности и вязкости. Такие стали находят применение в машино-, ракето- и самолетостроении.
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.
Читайте также: