Сталь 18 хгт термообработка
Обновлено: 09.05.2024
Применение конструкционных сталей и предъявляемые к ним требования. Химический состав и свойства стали 18ХГТ, влияние легирующих элементов. Технологический процесс термообработки, контроль качества. Автоматизация термического режима печного оборудования.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 31.10.2014 |
| Размер файла | 445,8 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
сталь легирующий термообработка автоматизация
В данной работе рассматривается термическая обработка стали 18ХГТ на первом участке термического цеха №3 ООО «ЧТЗ-Уралтрак».
В настоящее время широкое применение получили низколегированные и легированные стали, применяемые для изготовления наиболее важных, ответственных деталей и изделий.
Сталь 18ХГТ относится к конструкционным легированным сталям и находят широкое применение в машиностроении. Из стали этой марки изготавливаются ответственные детали, работающих в сложных условиях нагружения, нормальных, пониженных и повышенных температурах. Это такие, как оси, валы, шестерни, звездочки, коленвалы, шатуны, ответственные болты, шпильки, диски, детали паровых турбин, цельнокованые роторы и другие.
Применение стали 18ХГТ для объясняется тем, что, будучи легированной и сравнительно недорогой, сталь обладает высокой надежностью и долговечностью при эксплуатации.
1. Технологическая часть
1.1 Применение конструкционных сталей и предъявляемые к ним требования
В современном машиностроении для повышения долговечности ответственных деталей широко используются процессы химико-термической обработки, из которых наибольшее распространение получили цементация и нитроцементация. В результате применения этих методов упрочнения повышается твердость и износостойкость поверхности деталей, возрастает усталостная прочность и увеличивается контактная выносливость.
Для обеспечения требуемой твердости, как на поверхности зубьев, так и в сердцевине их необходимо высокая закаливаемость, а прокаливаемость сердцевины должна регулироваться в достаточно узких пределах. После химико-термической обработки сталь должна обладать удовлетворительной вязкостью при высоких значениях пределов прочности, предела усталости и предела контактной выносливости, в связи с чем для шестерен рекомендуется применять только наследственно-мелкозернистые стали (балл 6-8). Кроме того, применение мелкозернистых сталей позволяет использовать наиболее рациональный для массового производства режим непосредственной закалки или закалки с подстуживанием после цементации, вследствие чего уменьшается деформация шестерен и снижаются затраты на их обработку.
Сталь для шестерен должна обладать хорошей обрабатываемостью резанием, вследствие чего особое значение приобретает выбор правильного режима предварительной термической обработки заготовок шестерен перед нарезанием зуба. При неудовлетворительной микроструктуре заготовки ухудшается качество рабочей поверхности зубьев шестерен, а возникающие в металле внутренние напряжения способствуют увеличению деформации шестерен. Такие дефекты недопустимы, поскольку зубья шестерен после химико-термической обработки обычно не подвергают обработки, устраняющей деформацию и исправляющей качество поверхности.
Содержание легирующих (особенно дефицитных) элементов в стали для шестерен не должно быть чрезмерно высоким, чтобы было можно применять наиболее экономически и технически выгодный метод непосредственной закалки шестерен после цементации и нитроцементации. Необходимо учитывать, что непосредственная закалка высоколегированных сталей неприемлема из-за опасности образования чрезмерно большого количества остаточного аустенита в структуре слоя, вследствие чего прочность шестерен может значительно снизиться.
Важно также, чтобы стали при химико-термической обработке не были склонны к чрезмерному перенасыщению поверхности углеродом и азотом (при нитроцементации). В связи с тем, что необходимо обеспечить требуемую прокаливаемость сердцевины зуба и добиться минимальной деформации при закалки, шестерни ответственного назначения изготовляют из легированных, закаливающихся в масле сталей. Углеродистые стали, закаливающиеся в воде, для этих изделий не применяются[1].
1.2 Химический состав и свойства стали 18ХГТ
Сталь 18ХГТ относится к конструкционным легированным сталям и находит широкое применение в машиностроении. Из стали этой марки изготавливаются улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок.
Заменителями этой марки стали являются стали: 30ХГТ, 25ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20ХН2М, 14ХГСН2МА, 20ХГР. Но из этих всех марок сталей, 18ХГТ является самой дешевой, и поэтому применяют именно ее.
Химический состав и режимы термообработки стали 18ХГТ.
Для детали выбираем 3 марки стали из группы конструкционных сталей.
Наша деталь испытывает высокие динамические нагрузки, следовательно, нужно выбрать такие операции ТО, как закалка (после нее достигается максимальная твердость) и высокий отпуск (он снимает внутренние напряжения и дает сочетание прочности и пластичности). Поэтому мы выбираем 3 марки стали после этой ТО:
1. 45Х (низколегированная);
2. 40ХС (легированная);
3. 18ХГТ (легированная).
Выбор данных марок основывался на заданных параметрах: предел текучести сердцевины σ0,2, твёрдость сердцевины НВ, ударная вязкость KCU, прокаливаемость.
1. Сталь 45Х имеет предел текучести после ТО (термообработки) 830 МПа при диаметре детали до 25 мм, твёрдость сердцевины НВ – не указана, ударная вязкость KCU – 49 Дж/см 2 .Прокаливаемостьв масле 20-38 мм.
2. Сталь 40ХС имеет предел текучести после ТО 640 МПа при диаметре детали 25 мм, твёрдость сердцевины НВ – 270, ударная вязкость KCU – 88 Дж/см 2 .Прокаливаемостьне указана (для стали 33ХС- 30мм).
3. Сталь 18ХГТ имеет предел текучести после ТО 950 МПа при диаметре детали до 20 мм, твёрдость сердцевины НВ – 302, ударная вязкость KCU – 144 Дж/см 2 .Прокаливаемостьв масле 20-52 мм.
Исходя из указанных выше параметров делаем вывод, что наиболее подходящая сталь для изготовления детали ось (Ø 17мм) является марка стали 18ХГТ.
Химический состав и режимы термообработки стали 18ХГТ.
Химический состав представлен в таблице 2. Механические свойства в зависимости от сечения прутка представлены в таблице 3. Для изготовления детали оси выбран прокат – пруток 20 мм, так как в условиях задания указано, что тип производства мелкосерийный.
Таблица 2. Химический состав
Таблица 3.Механические свойства стали 18ХГТ в зависимости от температуры отпуска
| Температура отпуска °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (кДж / м 2 ) | HB |
| Пруток. | ||||||
| 200 300 400 500 | 1150 1150 1150 950 | 1370 1330 1210 940 | 11 10 9 15 | 57 57 57 66 | 98 78 78 144 | 387 387 375 302 |
Температура критических точек: Ac1 = 740°С, Ac3 = 825°С, Mn = 360°С,
Ar3(Arcm) = 730°С, Ar1 = 650°С
Этапы термообработки стали 18ХГТ.
Закалка при температуре Ас3 + 30…50°С(825 + 30..50°С) через масло.
Закалка— это нагрев стали на 30–50°Свыше температуры фазовых превращений, выдержка при этой температуре и последующееочень быстроеохлаждение в воде или в масле.Доэвтектоидные стали нагревают до температуры на 30—50 °С выше верхней критической точки Ас3. В этом случае сталь с исходной структурой перлит — феррит при нагреве приобретает аустенитную структуру, которая при последующем охлаждении со скоростью равной или выше критической превращается в мартенсит. Полную закалку для заэвтектоидных сталей проводят с температуры на 30-50 °С выше Ас3 с последующим быстрым охлаждением в воде (масле). В результате такой закалки получаем структуру мартенсита. 18ХГТ- это доэвтектоидная сталь, поэтому выбираем температуру Ас3 +30…50°С для закалки.Закаленной стали свойственна неравновесная структура и поэтому применяется такой вид термообработки как отпуск.
Высокий отпуск при температуре 500 °С,охлаждение на воздухе.
Выбор температуры основывается на таблице 3. При выборе Тотп ниже 500°С деталь будет не подходить по ударной вязкости (KCU будет меньше 100кДж / м2). При выборе большей Тотп деталь будет не подходить по прочности и твердости (HB будет меньше 290, предел текучести сердцевины будет меньше 800 МПа).
Отпуск - процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас1, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали.
Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С (в нашем случае 500°С). В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличие от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение. Благодаря этому существенно повышается ударная вязкость при одинаковой или даже более высокой твердости, по сравнению с нормализованной сталью. Применяется этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, работающих при ударных нагрузках.Закалку стали с последующим высоким отпуском называют улучшением.
Диаграмма «Температура-время» упрочняющей обработки представлена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Диаграмма «Температура-время»
При нагреве выше точки Ac1 =740°С из перлита образуются зерна аустенита, далее происходит рост зерна аустенита при повышении температуры. При нагреве выше точки Ас3=825°Сзавершается превращение смеси феррита и аустенита в аустенит, химический состав которого при выдержке становится однородным и соответствует содержанию элементов в стали. При отпуске при температуре 500°С мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали.Высокий отпуск полностью снимаются закалочные напряжения.
После упрочняющей термической обработки стали 18ХГТ мы получили следующие механические свойства предел текучести 950 МПа, твёрдость сердцевины НВ – 302, ударная вязкость KCU – 144 Дж/см2, что соответствует поставленным условиям задания. Из этого делаем вывод, что выбранная сталь 18ХГТ подходит для изготовления детали «ось».
Ответы на вопросы:
3)Доэвтектоидные стали нагревают примерно на 30. 50° выше критической точки Ас3 (линияGS):tзак= Ас3+ 30…50°С. Заэвтектоидные стали следует нагревать под закалку выше Ас1(линияSK) на 30. 50°.
4)Закаленная сталь находится в напряженном состоянии и поэтому она обладает значительной хрупкостью. Для улучшения свойств стали и увеличения долговечности ее службы необходимо снять внутренние напряжения или хотя бы уменьшить их. Для этого изделия из стали после закалки почти всегда подвергаются отпуску.После закалки нужен отпуск также для того, чтобы получить более устойчивое структурное состояние.
5)Процесс закалки стали заключается в ее нагреве до определенной температуры (на 30…50° выше линии GSKпо диаграммеFе -Fе3С), выдержке и последующем быстром охлаждении в воде, масле, расплавленных солях или других средах.Отпуск— это нагрев закаленной стали до температуры ниже критической Ас1, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение (обычно на воздухе).
7)Цель отпуска - получение более устойчивого структурного состояния, устранение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластичности, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали. Отпуск основан на превращениях мартенсита при нагреве, в результате которых происходит изменение структуры и свойств стали.
Цель низкого отпуска (100-250°С): снятие внутренних напряжений, сохраняя твердость. Структура мартенсит отпуска.
Цель среднего отпуска (350-450°С): высокий предел упругости. Структура троостит отпуска.
Цель высокого отпуска (500-650°С): достижение лучшего сочетания прочности и пластичности стали. Структура сорбит отпуска.
Разработка технологического процесса термической обработки детали из стали марки 18ХГТ
Сталь марки 18ХГТ: хромомарганцевая сталь содержит 0,18% углерода, до 1% хрома, марганца. Последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей. Режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 05.12.2008 |
| Размер файла | 53,3 K |
Разработка технологического процесса термической обработки детали
Разработать технологический процесс термической обработки стальной детали: Зубчатое колесо полуоси.
Марка стали: Ст. 18ХГТ
Твердость после окончательной термообработки: HRC 56-62 (пов.), НВ 363-415 (серд.)
Цель задания: практическое ознакомление с методикой разработки технологического процесса термической обработки деталей (автомобилей, тракторов и сельскохозяйственных машин); приобретение навыков самостоятельной работы со справочной литературой, более глубокое усвоение курса, а также проверка остаточных знаний материала, изучаемого в 1 семестре.
Порядок выполнения задания:
Расшифровать марку заданной стали, описать ее микроструктуру, механические свойства до окончательной термообработки и указать, к какой группе по назначению она относится.
Описать характер влияния углерода и легирующих элементов заданной стали на положение критических точек Ас1 и Ас3, Асm. Рост зерна аустенита, закаливаемость и прокаливаемость, на положение точек Мн и Мк, на количество остаточного аустенита и на отпуск. При отсутствии легирующих элементов в заданной марке стали описать влияние постоянных примесей (марганца, кремния, серы, фосфора, кислорода, азота и водорода) на ее свойства.
Выбрать и обосновать последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей, увязав с методами получения и обработки заготовки (литье, ковка или штамповка, прокат, механическая обработка).
Назначить и обосновать режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда).
Описать микроструктуру и механические свойства материала детали после окончательной термообработки.
1. Расшифровка марки стали
Сталь марки 18ХГТ: хромомарганцевая сталь содержит 0,18% углерода, до 1% хрома, марганца.
Эта марка стали относится к группе легированных конструкционных сталей, это детали, из которых наряду с повышенной прочностью и износостойкостью требуется наличие пружинящих свойств (например, это такие детали как: цанги, разрезные кольца, пружинные шайбы, фрикционные диски, коленчатые валы, полуоси, цапфы, червяки, шестерни). Детали, подвергающиеся закалке и отпуску; эта сталь успешно заменяет дорогостоящие хромоникелевые стали. Хром является легирующим элементом, он широко применяется для легирования. Содержание его в конструкционных сталях составляет 0,7 - 1,1%. Присадка хрома, образующего карбиды, обеспечивает высокую твердость и прочность стали. После цементации и закалки получается твердая и износоустойчивая поверхность и повышенная по сравнению с углеродистой сталью прочностью сердцевины. Эти стали применяются для изготовления деталей, работающих при больших скоростях скольжения и средних давлениях (для зубчатых колес, кулачковых муфт, поршневых пальцев и т.п.). Хромистые стали с низким содержанием углерода подвергают цементации с последующей термической обработкой, а со средним и высоким содержанием углерода - улучшению (закалке и высокому отпуску). Хромистые стали имеют хорошую прокаливаемость. Недостатком хромистых сталей является их склонность к отпускной хрупкости второго рода.
Некоторые детали работают в условиях поверхностного износа, испытывая при этом и динамические нагрузки. Такие детали изготавливают из низкоуглеродистых сталей, содержащих 0,10-0,30 % С, подвергая их затем цементации. В цементуемые стали титан вводят только для измельчения зерна. При большем его содержании он уменьшает глубину цементованного закаленного слоя и прокаливаемость. При ХТО следует учитывать, что бор, увеличивая прокаливаемость, способствует росту зерна при нагреве. Для уменьшения чувствительности сталей к перегреву их дополнительно легируют Тi или Zr. Обычно изделия, изготовленные из высоколегированных цементуемых сталей, подвергают цементации на небольшую глубину.
Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71, ГОСТ 259071, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 2879-69. Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73. Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77. Полоса ГОСТ 103-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Таблица 1. Массовая доля элементов, %
Таблица 2. Механические свойства
Нормализация 880-950 °С. Закалка 870 °С, масло. Отпуск 200 °С, воздух или вода.
Нормализация 930-960 °С. Цементация 930-950 °С. Закалка 825-840 °С, масло. Отпуск 180-200 °С.
Цементация 920-950 °С, воздух. Закалка 820-860 °С, масло. Отпуск 180-200 °С, воздух.
Таблица 3.Температура критических точек, 0 С.
Улучшаемые или цементируемые детали ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающая под действием ударных нагрузок.
2. Анализ влияния углерода и легирующих элементов стали на технологию ее термообработки и полученные результаты
Хром - относительно дешевый и очень распространенный легирующий элемент. Он повышает точку А3 и понижают точку А4 (замыкает область г-железа). Температура эвтектоидного превращения стали (точку А1) в присутствии хрома повышается, а содержание углерода в эвтектоиде (перлите) понижается. С углеродом хром образует карбиды (Cr7C3,Cr4C) более прочные и устойчивые, чем цементит. При содержании хрома 3 - 5% в стали одновременно присутствуют легированный цементит и карбид хрома Cr7C3, а если более 5% хрома, то в стали находится только карбид хрома. Растворяясь в феррите, хром повышает его твердость и прочность и прочность, незначительно снижая вязкость. Хром значительно увеличивает устойчивость переохлажденного аустенита.
В связи с большой устойчивостью переохлажденного аустенита и длительностью его распада, изотермический отжиг и изотермическую закалку хромистой стали проводить нецелесообразно.
Хром значительно уменьшает критическую скорость закалки, поэтому хромистая сталь обладает глубокой прокаливаемостью. Температура мартенситного превращения при наличии хрома снижается. Хром препятствует росту зерна и повышает устойчивость против отпуска. Поэтому отпуск хромистых сталей проводится при более высоких температурах по сравнению с отпуском углеродистых сталей. Хромистые стали подвержены отпускной хрупкости и поэтому после отпуска детали следует охлаждать быстро (в масле).
Карбидообразующими элементами являются хром и марганец. При растворении карбидообразующих элементов в цементите образующиеся карбиды называются легированным цементитом. При повышении содержания карбидообразующего элемента образуются самостоятельные карбиды данного элемента с углеродом, так называемые простые карбиды, например, Cr7C3, Cr4C, Mo2C. Все карбиды очень тверды (HRC 70 - 75) и плавятся при высокой температуре (Cr7C3 примерно при 1700°С).
При наличии карбидообразующих элементов кривая изотермического распада не сохраняет свой обычный С-образный вид, а становится как бы двойной С-образной кривой. На такой кривой наблюдаются две зоны минимальной устойчивости аустенита и между ними - зона максимальной устойчивости аустенита. Верхняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 600 - 650°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием феррито-цементитной смеси.
Нижняя зона минимальной устойчивости аустенита расположена в интервале температур 300 - 400°С. В этой зоне происходит распад переохлажденного аустенита с образованием игольчатого троостита.
Микроструктура игольчатого троостита
Необходимо иметь в виду, что карбидообразующие элементы только в том случае повышают устойчивость аустенита, если они растворены в аустените. Если же карбиды находятся вне раствора в виде обособленных карбидов, то аустенит, наоборот, становится менее устойчивым. Это объясняется тем, что карбиды являются центрами кристаллизации, а также тем, что наличии нерастворенных карбидов приводит к обеднению аустенита легирующим элементом и углеродом.
При большом содержании хрома в стали находятся специальные карбиды хрома. Твердость такой стали при нагревании до более высокой температуры 400 - 450°С почти не изменяется. При нагревании до более высокой температуры (450 - 500°С) происходит повышение твердости.
3. Последовательность операции предварительной и окончательной термообработки деталей
Зубчатые колеса полуоси работают при больших скоростях скольжения и средних давлениях, поэтому основным требованием, предъявляемым к легированным конструкционным сталям, является сочетание высокой прочности, твердости и вязкости. Наряду с этим они должны иметь хорошие технологические и эксплуатационные свойства и быть дешевыми. Введение в сталь легирующих элементов само по себе уже улучшает ее механические свойства.
Для получения после цементации и последующей термической обработки высокой твердости поверхности и пластичной сердцевины детали изготовляют из низкоулеглеродистых сталей 15 и 20. получающаяся после цементации и последующей термической обработки твердая и прочная сердцевина у сталей с повышенным содержанием углерода предохраняет цементованный слой от продавливания при больших предельных нагрузках. Это позволяет снизить глубину цементованного слоя, т.е. сократить длительность цементации.
Доэвтектоидные стали при закалке нагревают до температуры на 30 -50°С выше верхней критической точки Ас3. При таком нагревании исходная феррито-перлитная структура превращается в аустенит, а после охлаждения со скоростью больше критической образуется структура мартенсита. Скорость охлаждения оказывает решающее влияние на результат закалки. Преимуществом масла является то, что закаливающаяся способность не изменяется с повышением температуры масла.
Масло недостаточно быстро охлаждает при 550 - 650°С, что ограничивает его применение только тех сталей, которые обладают небольшой критической скоростью закалки.
4. Режим операций предварительной и окончательной термообработки деталей (температура нагрева и микроструктура в нагретом состоянии, охлаждающая среда)
Последовательность операций обработки поршневого пальца, изготовленного из стали 18ХГТ:
Отливка - цементация - механическая обработка - закалка - высокий отпуск - механическая обработка;
В результате длительной выдержки при высокой температуре цементации происходит перегрев, сопровождающийся ростом зерна. Для получения высокой твердости цементованного слоя и достаточно высоких механических свойств сердцевины, а также для получения в поверхностном слое мелкоигольчатого мартенсита, деталь после цементации подвергнем последующей термической обработке.
В результате цементации поверхностный слой деталей науглероживается (0,8 - 1% С), а в сердцевине остается 0,12 - 0,32% С, т.е. получается как бы двухслойный металл. Поэтому для получения нужной структуры и свойств в поверхностном слое и в сердцевине необходима двойная термическая обработка.
Первая - закалка от 850 - 900°С; Вторая от 750 - 800°С и отпуск при 150 - 170°С. В результате первой закалке улучшается структура низкоуглеродистой сердцевины (перекристаллизация). При этой закалке структура поверхностного слоя тоже улучшается, так как быстрым охлаждением устраняется цементитная сетка. Но для науглероживания поверхностного слоя температура 850 - 900°С является слишком высокой и поэтому не устраняет перегрева. После цементации деталь поступает на механическую обработку. Основная цель закалки стали это получение высокой твердости, и прочности что является результатом образования в ней неравновесных структур - мартенсита, троостита, сорбита. Заэвтектоидную сталь нагревают выше точки Ас1 на 30 - 90 0 С. Нагрев заэвтектоидной стали выше точки Ас1 производится для того, чтобы сохранить в структуре закаленной стали цементит, является еще более твердой составляющей, чем мартенсит (температура заэвтектоидных сталей постоянна и равна 760 - 780 0 С). Вторая закалка от 750 - 800°С является нормальной закалкой для науглероженного слоя - устраняется перегрев и достигается высокая твердость слоя. Отпуск при 150 - 170°С проводится для снятия внутренних напряжений. После такого режима термической обработки структура поверхностного слоя - мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита, а сердцевины - мелкозернистый феррит+перлит.
Механические свойства стали после термической обработки:
- Твердость в сердцевине повысилась до HRC 56-62 (пов.), НВ 363-415 (серд.)
Сталь 18ХГТ конструкционная легированная
Согласно ГОСТ 4543-2016 цифра 18 перед буквенным обозначением указывает среднюю массовую долю углерода (C) в стали в сотых долях процента, т.е. среднее содержание углерода в стали 18ХГТ составляет 0,18%.
Буква Х означает, что сталь легирована хромом, отсутствие цифры за буквой означает, что содержание хрома до 1,5%.
Буква Г означает, что сталь легирована марганцем, отсутствие цифры за буквой означает, что содержание марганца до 1,5%.
Буква Т означает, что сталь легирована титаном, отсутствие цифры за буквой означает, что содержание титана до 1,5%.
Вид поставки
- сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 4543-71,ГОСТ 2590-88, ГОСТ 2591-88, ГОСТ 2879-88.
- Калиброванный пруток ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78, ГОСТ 1051-73.
- Шлифованный пруток и серебрянка ГОСТ 4543-71, ГОСТ 14955-77.
- Полоса ГОСТ 103-76.
- Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.
Характеристики и применение [1]
—
Сталь 18ХГТ является хромо-марганцовой конструкционной легированной сталью и применяется для изготовления улучшаемых или цементуемых деталей ответственного назначения, от которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая поверхностная твердость, работающие под действием ударных нагрузок, например:
- шестерни полуосей и коробок передач,
- сателлиты,
- кулачки шарнира переднего ведущего моста,
- втулки,
- червячные валы,
- кулачковые муфты,
- пальцы,
- конические кольца подшипников диаметром 60-250 мм,
- ролики диаметром до 25 мм.
Cталь марки 18ХГТ в ряде случаев используется в промышленности вместо стали марки 12ХН2. Данная сталь может применяться как для цементуемых, так и для улучшаемых деталей. Закалка этой стали производится с температуры 850-880°C в масле с последующим отпуском при температуре 500-650°C.
Так как сталь 18ХГТ характеризуется отпускной хрупкостью, необходимо после высокого отпуска ускоренное охлаждение деталей.
Цементация стали 18ХГТ производится при 940-950°C с последующей закалкой с температуры 780-800°C в масле и отпуском при 180-200°C.
Сравнительная характеристика механических свойств стали марок 18ХГТ и 12ХН2
В результате цементации и последующей термической обработки сталь марки 18ХГТ приобретает несколько большую прочность по сравнению со сталью 12ХН2 при практически равных значениях ударной вязкости и пластичности.
| Марка стали | Режимы термической обработки в °С | σа, кГ/мм 2 | σт, кГ/мм 2 | δ % | ψ % | ан в кГ*м/см 2 | |
| Закалка в масле | Отпуск | ||||||
| 18ХГТ | 800 | 200 | 120 | 90 | 13 | 55 | 7 |
| 12ХН2 | 780 | 200 | 80 | 60 | 12 | 50 | 8 |
Однако следует учитывать, что сталь 18ХГТ прокаливается хуже чем сталь 12ХН2.
В нефтяном машиностроении сталь 18ХГТ применяется для изготовления ответственных высоконагруженных деталей, например:
- валов,
- шестерен коробок передач,
- осей,
- червяков,
- кулачковых муфт и т.д.
Температура критических точек, °С
Химический состав, % (ГОСТ 4543-71)
| C | Si | Mn | Cr | Ti | Р | S | Cu | Ni |
| не более | ||||||||
| 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 0,03-0,09 | 0,035 | 0,035 | 0,30 | 0,30 |
Химический состав, % (ГОСТ 4543-2016)
| Марка стали | Массовая доля элементов, % | |||||||||
| C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo | Al | Ti | V | B | |
| 0,17-0,23 | 0,17-0,37 | 0,80-1,10 | 1,00-1,30 | 2,75-3,15 | — | — | — | 0,030-0,090 | — | — |
- Знак «-» означает, что массовую долю данного элемента не нормируют и не контролируют, если иное не указано в 7.1.2.3 ГОСТ 4543-2016.
Твердость по Бринеллю (ГОСТ 4543-2016)
ПРИМЕЧАНИЕ:
Твердость по Бринеллю указана для металлопродукции в отожженном (ОТ) или высокоотпущенном (ВО) состоянии, а также горячекатаной и кованой металлопродукции, нормализованной с последующим высоким отпуском (Н+ВО), для диаметров или толщин свыше 5 мм.
Твердость калиброванной металлопродукции и металлопродукции со специальной отделкой поверхности диаметром или толщиной свыше 5 мм, поставляемой в нагартованном состоянии (НГ) (ГОСТ 4543-2016)
Ориентировочные режимы предварительной термической обработки стали 18ХГТ [2]
Режимы термической обработки изделий из стали 18ХГТ [2]
*Закалка на воздухе.
Режимы термической обработки стали 18ХГТ при цементации [2]
Режимы умягчающей обработки стали 18ХГТ [3]
| Марка стали | Операция | Температура нагрева, °C |
| 18ХГТ | Нормализация, отпуск | 900-930 |
Типовые режимы термической обработки цементуемой стали 18ХГТ [4]
Механические свойства
| Источник | Термообработка | Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HB сердцевины не более |
| не менее | ||||||||
| ГОСТ 4543-71 | Нормализация при 880-950 °С; закалка с 870 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе или в воде | Образец | 880 | 980 | 9 | 50 | 78 | — |
| ГОСТ 23.4.125-77 | Нормализация при 930-960 °С Цементация при 930-950 °С; закалка с 825-840 °С в масле; отпуск при 180-200 °С | — 50 | 360 800 | 64 1000 | — 9 | — — | — — | HB 157-207 HB 285 *1 |
| Цементация при 920-950 °С, охл. на воздухе; закалка с 820-860 °С в масле; отпуск при 180-200 °С, охл. на воздухе | 20 60 | 930 780 | 1180 980 | 10 9 | 50 50 | 78 78 | HB 341 *1 HB 240-300 *1 | |
*1 Твердость поверхности HRCэ57-63.
Механические свойства в зависимости от сечения
| Сечение, мм | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 5 | 1320 | 1520 | 12 | 50 | 72 | — |
| 15 | 930 | 1180 | 13 | 50 | 78 | 38 |
| 20 | 730 | 980 | 15 | 55 | 113 | 30 |
| 25 | 690 | 980 | 19 | 50 | 93 | 28 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 850 °С в масле; отпуск при 200 °С, охл. на воздухе.
Механические свойства в зависимости от температуры отпуска
| tотп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5, % | ψ, % | KCU, Дж/см 2 | Твердость HRCэ |
| 200 | 1150 | 1370 | 11 | 57 | 98 | 41 |
| 300 | 1150 | 1330 | 10 | 57 | 78 | 41 |
| 400 | 1150 | 1210 | 9 | 57 | 78 | 40 |
| 500 | 950 | 940 | 15 | 66 | 144 | 32 |
| 600 | 7200 | 780 | 20 | 73 | 216 | 22 |
ПРИМЕЧАНИЕ. Закалка с 880 °С в масле.
Механические свойства при повышенных температурах
| tисп, °С | σ0,2, МПа | σв, МПа | δ5 (δ4), % | ψ, % |
| Нормализация | ||||
| 20 | 420 (HB 156) | 520 | (26) | 77 |
| 200 | 360 | 460 | (24) | 78 |
| 300 | 310 | 465 | (24) | 68 |
| 400 | 800 | 470 | (29) | 75 |
| 500 | 300 | 410 | (27) | 76 |
| 600 | 240 | 325 | (45) | 86 |
| Образец диаметром 6 мм, длиной 50 мм, кованый и нормализованный. Скорость деформирования 50 мм/мин; скорость деформации 0,03 1/с | ||||
| 700 | 205 | 235 | 46 | 88 |
| 800 | 76 | 135 | 51 | 94 |
| 900 | 54 | 95 | 65 | 96 |
| 1000 | 50 | 78 | 58 | 100 |
| 1100 | 25 | 43 | 61 | 100 |
| 1200 | 13 | 25 | 56 | 100 |
Предел выносливости
| Термообработка | σ-1, МПа | τ-1, МПа | n |
| Закалка с 880 °С в масле, отпуск при 500 °С | 490 | 294 | — |
| Цементация при 960 °С; закалка с 840 °С в масле; отпуск при 180-200 °С | 637 | — | 10 6 |
| Нормализация при 1100 °С, подстуживание до 870 °С, закалка в масле, отпуск при 200 °С | — | 480 | 5·10 5 |
Ударная вязкость KCU
| КСU, Дж/см2 при температуре, °С | |||
| +20 | -20 | -40 | -60 |
| 114 | 101 | 93 | 85 |
Технологические свойства
| Температура ковки, °С | начала 1200, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, сечения 251-350 мм — в яме |
| Свариваемость | сваривается без ограничений (кроме химико-термически обработанных деталей). Способы сварки: РДС, КТС |
| Обрабатываемость резанием | Kv тв.спл. = 1,1 и Kv б.ст. = 1,0 после нормализации при НВ 156-159 и σв = 530 МПа |
| Флокеночувствительность | не чувствительна |
| Склонность к отпускной хрупкости | малосклонна |
Прокаливаемость (ГОСТ 4543-71)
Полоса прокаливаемости стали 18ХГТ после нормализации при 920 °С и закалки с 900 °С приведена на рис. 16.
Рис. 16. Полоса прокаливаемости стали 18ХГТ
Обзор стали марки 18ХГТ
Сталь марки 18ХГТ представляет собой конструкционный легированный тип сплава. Этот материал является популярным, характеризуется высокой степенью прочности и надежности. Для металла с маркировкой 18ХГТ характерно множество особенностей и отличительных черт. В этой статье рассмотрим обзор стали указанной марки.
Состав и расшифровка
Сталь, соответствующая маркировке 18ХГТ, является легированной, относящейся к конструкционному типу. Сперва стоит расшифровать непосредственное наименование этого вида металла. В название этого сплава добавлены буквы, обозначающие присутствие соответствующих химических элементов в его составе. Так, буквенные значения «ХГТ» в расшифровке названия марки металла свидетельствуют о том, что в нем содержатся хром, марганец и титан.
Все вспомогательные компоненты могут быть добавлены только для того, чтобы добиться определенных физических свойств материала.
Если подробнее рассматривать химический состав популярной марки стали, то стоит обозначить наиболее важные компоненты:
- в металле содержится углерод – 0,17-0,23%;
- присутствует и такой элемент, как хром – 1,00-1,30%;
- марганец – 0,80-1,10%;
- титан содержится в таких количествах – 0,030-0,090%;
- кремний – 0,17-0,37%.
Химический состав рассматриваемого сплава соответствует государственным стандартам. Каждый из перечисленных компонентов выполняет те или иные функции. Так, от процента содержания углерода зависит прочностная степень материала. Что же касается марганца, то он в сталях играет роль заменителя более дорогостоящего никеля, положительно сказывается на прокаливании. Умеренные добавки, такие как титан, сокращают склонность материала к перегреву. Хром, который тоже имеется в составе качественной стали 18ХГТ способствует повышению прочности, а вместе с этим и жесткости готового продукта.
Плюсы и минусы
Необходимо отметить, что сталь, промаркированная обозначением 18ХГТ, является единственной в своем роде. Вместо нее можно задействовать другие марки, если в этом есть необходимость. Однако надо отметить, что альтернативные сплавы обычно стоят в разы дороже. Рассматриваемая марка стали привлекательна тем, что отличается высокой прочностью и надежностью. Детали, которые производят из качественного вида металла, получаются долговечными и практичными, поэтому пользуются большой популярностью. Кроме того, рассматриваемый материал характеризуется доступной стоимостью. Благодаря таким положительным качествам сталь 18ХГТ стала одной из самых популярных.
Несмотря на практичность и надежность рассматриваемой марки металла, нельзя не отметить и ее недостатки. Главный минус 18ХГТ заключается в возможном внутреннем окислении. Обычно такие события происходят в условиях цементации. Кроме того, имеются определенные ограничения, касающиеся величины прокаливания металла.
Свойства
Сталь, которая принадлежит марке 18ХГТ, как и любые другие виды металлов, обладает определенными механическими и физическими свойствами. Исходя из подобных параметров определяется уровень твердости, плотности, свариваемости и других характеристик сплава.
Механические
Обозначим основные механические свойства, характерные для стали марки 18ХГТ.
- Уровень твердости рассматриваемого сплава можно определить по Бринеллю. Так, в отожженном состоянии материал характеризуется параметром твердости 217 HB.
- Показатель временного сопротивления после процесса закалки при установленных 870 градусах Цельсия составляет 980 H/мм2.
- Предел текучести стали с маркировкой 18ХГТ – 885 H/мм2.
- Что касается относительного удлинения рассматриваемого материала, то здесь актуальным является параметр в 9%.
- Имеется и параметр относительного сужения, который представляется 50%.
- Ударная вязкость металла доходит до отметки 78 Дж/см2.
- После цементации имеет место предел выносливости, составляющий 637 МПа.
Физические
Поскольку в составе рассматриваемого популярного сплава присутствует такой химический элемент, как марганец, он придает металлу большую свариваемость. Кроме того, этот компонент сказывается на ковкости стали. При этом марганец не способствует созданию карбида. Элемент просто растворяется, превращаясь в результате в особый легированный цементит.
Рассмотрим другие физические свойства стали с маркировкой 18ХГТ.
- Плотность рассматриваемого материала составляет 7800 кг/м3.
- Что касается модуля упругости, то здесь актуально такое значение – 211 ГПа.
- Коэффициентный показатель расширения линейного типа представляется в таких рамках – 10,0-10-6К-1.
- Коэффициентное значение тепловой проводимости металла – 37 Вт/м К.
- Удельная теплоемкость рассматриваемой марки составляет 495 Дж/кг К.
Виды поставки
Сталь марки 18ХГТ поставляется в различных вариациях. Разберем виды поставки металла подробнее.
- Это может быть прокат сортового типа. К такому варианту относится и фасонный тип проката.
- Калиброванный вид прутка.
- Шлифовальные прутки, а также серебрянка.
- В виде полосы (в соответствии с ГОСТом 103-76).
- Поставки в виде кованых заготовок либо поковки.
Каждый из перечисленных вариантов поставки практичного металла регулируется определенными ГОСТами и нормами.
Применение
Рассматриваемый тип материала представляет собой хромо-марганцевую конструкционную и легированную сталь. Обычно подобный металл задействуется при конструировании модернизируемых деталей либо цементируемых объектов особого значения. Речь идет о таких конструкциях, от которых ожидается самая высокая прочность, а также достаточная вязкость сердцевинного участка. К таким конструкциям относятся и те объекты, от которых ожидается повышенная твердость поверхностных оснований.
Сталь марки 18ХГТ может быть использована для производства предметов, работа которых проходит под воздействием серьезных ударных нагрузок. Это:
- шестеренки полуосевых оснований либо коробок передач;
- сателлитные запчасти;
- разного рода втулки;
- валы червячного типа;
- муфты кулачковой модификации;
- пальцы;
- конусообразные кольцевые элементы подшипников, диаметр которых составляет от 60 до 250 мм;
- роликовые компоненты, диаметр которых составляет до 25 мм.
Бывают случаи, когда металл рассматриваемой маркировки задействуется в промышленных областях вместо другой маркировки металла – 12ХН2. Указанный вид материала может быть применен и для цементируемых, и для предметов, относящихся к категории улучшаемых.
Обработка
Сплав с рассматриваемой маркировкой нуждается в правильно проведенных обработках. Так, процесс закаливания этого типа металла осуществляется под воздействием температурных значений, составляющих от 850 до 880 градусов Цельсия. По всем правилам процедура проводится в масле. После этого необходим обязательный последующий отпуск, но уже при условии температурных значений в 500-650 градусов Цельсия.
Поскольку металл с маркировкой 18ХГТ характерен отпускной хрупкостью, после отпуска высокого типа проводят процедуру охлаждения деталей в ускоренном режиме. Что касается цементации металла, то она осуществляется при температурных значениях от 940 до 950 градусов Цельсия. Далее следует обязательная закалка с температурными показателями 780-800 градусов Цельсия в масле, а также отпуск при 180-200 градусах Цельсия.
По отношению к рассматриваемой марке металла могут задействоваться разные способы обработки в виде сварки, а именно:
Стальные компоненты при этом могут свариваться без дополнительного подогрева или термообработки. Определенные проблемы могут возникнуть только в том случае, если речь идет о составляющих, прошедших химико-термическую подготовку.
Возможна сварка с подходящим присадочным материалом, к примеру, с электродами типа Э100.
Читайте также: