Сталь 18х2н4ма характеристики применение
Обновлено: 28.04.2024
Германия (DIN,WNr) 1.6657, 14NiCrMo134, GX19NiCrMo4, X19NiCrMo4; Япония (JIS) SNCM815; Англия (BS) 832M13, 835M15; Испания (UNE) 14NiCrMo131; Болгария (BDS) 18Ch2N4MA; Польша (PN) 18H2N4WA; Чехия (CSN) 16720; Австрия (ONORM) BOHLERM130
Общая характеристика
Высококачественная хромоникельмолибденовая сталь. Улучшаемая цементируемая маара стали
Сталь 18Х2Н4МА применяется: для изготовления ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, которые подвергаются высоким вибрационным и динамическим нагрузкам после проведения цементации и улучшения; деталей трубопроводов с закалкой в масло и отпуском в масло или на воздухе; бесшовных труб для авиационной техники; клапанов впуска, болтов, шпилек и других ответственных деталей, работающих в коррозионной среде при повышенных температурах (+300-400 °С). Сталь может применяться при температуре от -70 °С до +450 °С.
Вид поставки
Сортовой и фасонный прокат
Трубы стальные и соединительные части к ним
ТУ 14-3-367-75, ТУ 14-3-572-77
Обработка металлов давлением. Поковки
ГОСТ 8479-70, ТУ 24-00.13.034-89, СТ ЦКБА 010-2004
Классификация, номенклатура и общие нормы
Болванки. Заготовки. Слябы
ОСТ 3-1686-90, ТУ 14-1-1265-75, ТУ 14-1-4944-90, ТУ 1-92-156-90
Краткая характеристика.
Сталь 18X2H4MA относится к классу высококачественных легированных конструкционных сталей. Одной из основных сфер применения этой марки является производство деталей машиностроения для которых характерны свойства большой износостойкости, жесткости в сочетании с высокой стойкостью к динамическим и вибрационным нагрузкам, что достигается путем цементации.
Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементированных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки - придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.
Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование 0,05-0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02-0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 - 5% содовом растворе.
Для деталей ответственного назначения, испытывающих в эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникельмолибденовые (такие как: 12ХН3А, 20ХН3А ) и более сложнолегированные высококачественные стали, типичным образцом таких марок является сталь 18Х2Н4МА.
Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме того, повышает прочность и вязкость цементированного слоя. Молибден (Mo) вводится в высококачественную сталь 18X2H4MA сталь для увеличения её вязкости и повышения прокаливаемости
Хромоникельмолибденовые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникельмолибденовой конструкционной стали.
Химический состав в % материала 18Х2Н4МА.
Сталь марки 18Х2Н4МА
** Операции (после цементации) применяются при обработке крупных деталей сложной конфигурации для понижения устойчивости остаточного аустенита в цементованном слое, получения более равномерной твёрдости с поверхности после закалки и отпуска и уменьшения деформации.
| Механические свойства стали 18Х2Н4МА в зависимости от сечения | |||||||
| Сечение, мм | Место вырезки образца | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / cм 2 ) | HRC Э |
| Закалка 860 °С, масло. Отпуск 200 °С | |||||||
| 40 60 80 100 120 | Ц Ц 1/2R 1/2R 1/3R | 1070 1110 1130 1100 1090 | 1300 1250 1250 1230 1220 | 14 15 12 15 13 | 69 62 54 63 60 | 150 140 170 160 160 | 43 41 42 40 41 |
| Закалка 860 °С, вода. Отпуск 200 °С | |||||||
| 40 60 80 100 120 | Ц Ц 1/2R 1/2R 1/3R | 1220 1280 1250 1210 1240 | 1420 1420 1390 1360 1340 | 13 13 12 13 12 | 66 61 45 57 42 | 110 120 150 130 140 | 45 45 45 44 41 |
| Механические свойства стали 18Х2Н4МА в зависимости от температуры отпуска | |||||
| Температура отпуска, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / cм 2 ) |
| Закалка 850 °С, масло | |||||
| 200 300 400 500 600 | 1170 1140 1040 950 710 | 1470 1390 1280 1180 940 | 12 12 12 13 19 | 64 64 63 66 73 | 114 98 86 92 183 |
| Механические свойства стали 18Х2Н4МА при повышенных температурах | |||||
| Температура испытаний, °С | σ0,2 (МПа) | σв(МПа) | δ5 (%) | ψ % | KCU (Дж / см 2 ) |
| Закалка 880 °С, масло. Отпуск 560 °С | |||||
| 20 200 300 400 500 550 | 1090 1060 1050 960 810 710 | 1240 1190 1200 1060 880 750 | 12 12 14 14 14 16 | 61 60 64 69 70 73 | 127 137 118 108 98 108 |
| Образец диаметром 6 мм, длиной 30 мм, прокатанный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Сокрость деформации 0,009 1/с | |||||
| 700 800 900 1000 1100 1200 | 225 73 55 41 24 20 | 265 130 79 55 36 25 | 31 35 22 31 63 46 | 39 34 23 36 100 100 | - - - - - - |
| Ударная вязкость стали 18Х2Н4МА KCU, (Дж/см 2 ) | ||||
| Т= +20 °С | Т= -20 °С | Т= -40 °С | Т= -60 °С | Термообработка |
| 143 108 | 134 - | 130 88 | 114 - | Закалка 850 °С, воздух. Отпуск 170 °С, воздух. Закалка 880 °С, воздух. Отпуск 560 °С, воздух. σв=1310 МПа |
σ 250 2/1000=69 МПа, σ 450 2/1000=207 МПа, σ 500 2/1000=126 МПа, σ 550 2/1000=54 МПа, σ 400 200=860 МПа, σ 450 200=710 МПа, σ 500 200=410 МПа
| Предел выносливости стали 18Х2Н4МА | |||
| σ-1, МПА | J-1, МПА | n | Термообработка |
| 540 475 540 470 696 774 | - - 228 226 - - | 5*10 6 5*10 6 5*10 6 5*10 6 - - | Закалка 850 °C, масло. Отпуск 180 °C. σ0,2=1070 МПа, σв=1360 МПа Закалка 850 °C, масло. Отпуск 400 °C. σ0,2=1140 МПа, σв=1220 МПа σв=1270 МПа σв=910 МПа σ0,2=1110 МПа, σв=1230 МПа, НВ 383 σ0,2=1180 МПа, σв=1300 МПа, НВ 404 |
| Прокаливаемость стали 18Х2Н4МА | |||||||||
| Расстояние от торца, мм | Примечание | ||||||||
| 1,5 | 9 | 11 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | Закалка |
| 40,5-48,5 | 40,5-48,5 | 39,5-47,5 | 39,5-47,5 | 38,5-46,5 | 37,5-46,5 | 36,5-45,5 | 35-45,5 | 32-44,5 | Твердость для полос прокаливаемости, HRC |
| Краткие обозначения: | ||||
| σв | - временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа | ε | - относительная осадка при появлении первой трещины, % | |
| σ0,05 | - предел упругости, МПа | Jк | - предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа | |
| σ0,2 | - предел текучести условный, МПа | σизг | - предел прочности при изгибе, МПа | |
| δ5,δ4,δ10 | - относительное удлинение после разрыва, % | σ-1 | - предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| σсж0,05 и σсж | - предел текучести при сжатии, МПа | J-1 | - предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа | |
| ν | - относительный сдвиг, % | n | - количество циклов нагружения | |
| s в | - предел кратковременной прочности, МПа | R и ρ | - удельное электросопротивление, Ом·м | |
| ψ | - относительное сужение, % | E | - модуль упругости нормальный, ГПа | |
| KCU и KCV | - ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2 | T | - температура, при которой получены свойства, Град | |
| s T | - предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа | l и λ | - коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С) | |
| HB | - твердость по Бринеллю | C | - удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T ), [Дж/(кг·град)] | |
| HV | - твердость по Виккерсу | pn и r | - плотность кг/м 3 | |
| HRCэ | - твердость по Роквеллу, шкала С | а | - коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T ), 1/°С | |
| HRB | - твердость по Роквеллу, шкала В | σ t Т | - предел длительной прочности, МПа | |
| HSD | - твердость по Шору | G | - модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа | |
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
18Х2Н4ВА
Сталь 18Х2Н4ВА применяется для изготовления ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам после проведения цементации и улучшения; для изготовления деталей трубопроводов с закалкой в масло и отпуском в масло или на воздухе; для производства клапанов впуска, болтов, шпилек и других ответственных деталей, работающих в коррозионной среде при повышенных температурах (300-400 °С). Сталь может применяться при температуре от -70 °С до +450 °С.
Примечание: Сталь высококачественная конструкционная хромоникельвольфрамовая.
Химический состав стали 18Х2Н4ВА
По ГОСТ 4543-регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%. При замене легирующего W на Mo обозначение марки стали будет 18Х2Н4МА.
По ТУ 14-1-2765-79 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4ВА-Ш. Допускается частичная замена вольфрама молибденом из расчета 1:3, при этом содержание вольфрама W≥0,5%. Суммарное содержание W + Mo, пересчитанного на W должно соответствовать таблице. По требованию потребителя может быть изготовлена сталь 18Х2Н4ВА-Ш с содержанием Мо="0,3-0",4%.
По ТУ 14-1-950-86 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4ВА.
Механические свойства стали 18Х2Н4ВА
Механические свойства при 20°С
Механические свойства в зависимости от сечения
Механические свойства в зависимости от сечения поковки и режима термообработки
Механические свойства при повышенных температурах
Рекомендуемый режим термообработки поковок и штамповок по ТУ 1-92-156-90: Нормализация при 920-980 °С + Отпуск.
Технологические свойства стали 18Х2Н4ВА
| Обрабатываемость резаньем | При НВ 156-207 Kn тв.спл.=0,8 Kn б.ст.=0,7. |
|---|---|
| Свариваемость | Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна. |
| Температура ковки | Начала - 1200 °C, конца - 800 °C. Охлаждение медленное до 150 °C с последующим высоким отпуском не позднее 4-6 ч. |
| Флокеночувствительность | Чувствительна. |
Температура критических точек стали 18Х2Н4ВА
| Критическая точка | Температура °C |
|---|---|
| AC1 | 700 |
| AC3 | 810 |
| AR3 | 400 |
| AR1 | 350 |
| MN | 336 |
Предел выносливости стали 18Х2Н4ВА
| Термообработка, состояние стали | σ-1 (МПа) | n | σB (МПа) | σ0,2 (МПа) |
|---|---|---|---|---|
| Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 180 °C | 540 | 5Е+6 | 1360 | |
| Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 400 °C | 475 | 5Е+6 | 1220 | |
| НВ 383 | 696 | 1230 | 1110 | |
| НВ 404 | 774 | 1300 | 1180 |
Прокаливаемость стали 18Х2Н4ВА
| Расстояние от торца, мм | 1.5 | 9 | 11 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 | |||||
| Твердость, HRC | 40.5-48.5 | 40.5-48.5 | 39.5-47.5 | 39.5-47.5 | 38.5-46.5 | 37.5-46.5 | 36.5-45.5 | 35-45.5 | 32-44.5 | |||||
Физические свойства стали 18Х2Н4ВА
| Температура испытания, °С | 0 | 20 | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Модуль нормальной упругости (Е, ГПа) | 200 | 200 | 165 | 141 | 139 | |||||
| Плотность (ρ, кг/м 3 ) |
Заказ в один клик
Металлопрокат из инструментальных, нержавеющих, жаропрочных, конструкционных, прецизионных, быстрорежущих и других сталей и сплавов
18Х2Н4МА
Сталь 18Х2Н4МА применяется для изготовления ответственных деталей, к которым предъявляются требования высокой прочности, вязкости и износостойкости, а также для деталей, подвергающихся высоким вибрационным и динамическим нагрузкам после проведения цементации и улучшения; деталей трубопроводов с закалкой в масло и отпуском в масло или на воздухе; бесшовных труб для авиационной техники; клапанов впуска, болтов, шпилек и других ответственных деталей, работающих в коррозионной среде при повышенных температурах (+300-400 °С). Сталь может применяться при температуре от -70 °С до +450 °С.
Примечание: Сталь высококачественная конструкционная хромоникельмолибденовая. Цементируемая сталь.
Химический состав стали 18Х2Н4МА
| НТД | C | S | P | Mn | Cr | W | V | Ti | Si | Ni | Mo | Cu |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ТУ 14-1-950-86 | 0,14-0,20 | ≤0,025 | ≤0,025 | 0,25-0,55 | 1,35-1,65 | ≤0,20 | ≤0,050 | ≤0,030 | 0,17-0,37 | 4,00-4,40 | 0,30-0,40 | ≤0,25 |
| ГОСТ 4543-71 | 0,14-0,20 | ≤0,025 | ≤0,025 | 0,25-0,55 | 1,35-1,65 | - | ≤0,050 | ≤0,060 | 0,17-0,37 | 4,00-4,40 | 0,30-0,40 | ≤0,30 |
По ГОСТ 4543-71 регламентировано содержание в особовысококачественной стали: P≤0,025%; S≤0,015%; Сu≤0,25%. При замене легирующего Mo на W сталь имеет обозначение 18Х2Н4ВА.
По ТУ 14-1-950-86 химический состав приведен для стали марки 18Х2Н4МА.
Механические свойства стали 18Х2Н4МА
Технологические свойства стали 18Х2Н4МА
| Обрабатываемость резаньем | При НВ 277-321 σВ=880 МПа Kn тв.спл.=0,72 Kn б.ст.=0,63. |
|---|---|
| Свариваемость | Трудносвариваемая. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом, ЭШС. Необходимы подогрев и последующая термообработка. |
| Склонность к отпускной хрупкости | Не склонна. |
| Температура ковки | Начала - 1200 °C, конца - 800 °C. Охлаждение медленное до 150 °C с последующим высоким отпуском не позднее 4-6 ч. |
| Флокеночувствительность | Чувствительна. |
Температура критических точек стали 18Х2Н4МА
Ударная вязкость стали 18Х2Н4МА
| Состояние поставки \ температура | +20 | -20 | -40 | -60 |
|---|---|---|---|---|
| Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 170 °C, охлаждение на воздухе | 1403 | 1315 | 1275 | 1118" |
| Закалка в масло с 880 °C + отпуск при 560 °C. бв 5">Предел выносливости |
Предел выносливости стали 18Х2Н4МА
| Термообработка, состояние стали | σ-1 (МПа) | t-1 (МПа) | n | σB (МПа) | σ0,2 (МПа) |
| Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 180 °C | 540 | 5Е+6 | 1360 | 1070 | |
| Закалка в масло с 850 °C + отпуск при 400 °C | 475 | 5Е+6 | 1220 | 1140 | |
| 540 | 228 | 5Е+6 | 1270 | ||
| 470 | 226 | 5Е+6 | 910 | ||
| НВ 383 | 696 | 1230 | 1110 | ||
| НВ 404 | 774 | 1300 | 1180 |
Прокаливаемость стали 18Х2Н4МА
| Расстояние от торца, мм | 1.5 | 9 | 11 | 15 | 20 | 25 | 30 | 40 | 50 |
| Твердость, HRC | 40.5-48.5 | 40.5-48.5 | 39.5-47.5 | 39.5-47.5 | 38.5-46.5 | 37.5-46.5 | 36.5-45.5 | 35-45.5 | 32-44.5 |
Физические свойства стали 18Х2Н4МА
Сталь марки 18Х2Н4ВА
Расшифровка марки стали 18Х2Н4ВА: цифра 18 перед маркой стали говорит о том, что в ней содержится 1,8% углерода, Х2 - свидетельствует о содержании хрома около 2%, а Н4 - о том что имеется никель в количестве 4%, В - о небольшом содержании вольфрама, буква А на конце обозначения сообщает, что это высококачественная чистая сталь с содержанием вредных серы и фосфора менее 0,025%. Таким образом перед нами легированная высококачественная сталь.
Термообработка изделий из стали 18Х2Н4ВА: по существующей технологии главные шатуны из стали 40Х1НВА (длиной 410 мм) нагревают в электропечи без защитной атмосферы в течение 4 ч и закаливают в масле. Прицепные шатуны из стали 18Х2Н4ВА (длиной 300 мм) нагревают в ящике с пропитанной маслом ветошью и охлаждают на воздухе. При этом окисная пленка на прицепных шатунах составляет 50-60 мкм, а на главных 60-80 мкм, а иногда - более 150 мкм. Толщина обезуглероженного слоя на шатунах из сталей 18Х2Н4ВА и 40Х1НВА составляет соответственно 120-200 и 300 мкм.
Металлографически определяли толщину окисной пленки на поверхности шатунов, причем с помощью химического никелирования удавалось зафиксировать окисные пленки толщиной до 2 мкм. Весовым методом находили величину угара металла на образцах-свидетелях диаметром 15,l = 30 мм из стали 18Х2Н4ВА. Данные, полученные весовым и металлографическим методами, хорошо совпадают.
Результаты исследований по окислению и обезуглероживанию поверхности шатунов из сталей 40Х1НВА и 18Х2Н4ВА, термообработанных в кипящем слое, приведены, откуда видно, что при ав = 0,25-0,45 нагрев шатунов является практически безокислительным.
Обезуглероживание определяли металлографически и по распределению микротвердости от поверхности к центру по тавру шатунов после их термообработки при ав = 0,25-0,45, tк.с = 930° С. Для шатунов из стали 18Х2Н4ВА обезуглероживание и науглероживание отсутствуют при aв = 0,26ч-0,36, а из стали 40X1НВА при ав=0,25-0,27. Нагрев шатунов под закалку в указанных диапазонах ав для обеих сталей является практически необезуглероживающим и безокислительным.
Для исследования кинетики аустенитизации и влияния времени выдержки на рост зерна стали 18Х2Н4ВА шатуны по одному нагревали в кипящем слое при 930° С с выдержками 1, 2, 3, 5, 10, 15, 30, 45 и 60 мин. После их охлаждения в кипящем слое определяли механические свойства, исследовали структуру и величину зерна в металле, взятом из тавра шатуна.
На основании полученных данных можно заключить, что для аустенитизации одного шатуна достаточно 5 мин. При меньших выдержках шатун не закаливается, механические свойства получаются низкими, в структуре наблюдаются участки сорбита. При нагреве в течение 3-30 мин аустенитизация проходит полностью, зерно мелкое, структура мелкодисперсная.
При выдержках более 45 мин начинается рост зерна, мартенсит имеет средне- и крупноигольчатое строение.
Специальные опыты показали, что при слишком тесном размещении прицепных шатунов (в шесть практически сплошных рядов из 11 шатунов в каждом; живое сечение садки 25%) псевдоожижение между шатунами было плохим, что приводило к неравномерному прогреву. Омывание всех шатунов стало равномерным при уменьшении числа шатунов в садке до 54 шт. (живое сечение 43%, масса 150 кг). Аналогичными опытами было найдено, что число главных шатунов в садке не должно превышать 18 для заданных размеров печи. Оптимальные по теплообмену садки изображены.
При периодической загрузке печи с кипящим слоем время цикла определяется не только временем собственно нагрева деталей, но и временем восстановления температуры кипящего слоя, уменьшающейся в результате погружения в него холодных деталей, что подробнее описано. Колебания температуры слоя уменьшаются с уменьшением массы садки и увеличением количества псевдоожиженного материала (высоты слоя). Температура кипящего слоя высотой 450 мм (в осажденном состоянии) уменьшается на 30-35° С вследствие погружения оптимальной садки и после удаления садки довольно быстро восстанавливается до исходной. При исходной температуре слоя 960° С время нагрева садки шатунов до заданной температуры (900° С) составляет 10-12 мин. При этом скорость нагрева садок шатунов в интервале температур от 20° С до критических точек сталей (700-720° С) составляет 250-400° С/мин. Для сравнения укажем, что скорость нагрева садки в электропечи составляет всего 6-12° С/мин.
Опыты показали, что охлаждение шатунов из стали 18Х2Н4ВА на воздухе после безокислительного необезуглероживающего их нагрева в кипящем слое приводит к их обезуглероживанию на глубину до 150 мкм и появлению окисной пленки толщиной 10- 12 мкм. Поэтому было решено в отличие от существующей технологии охлаждать эти шатуны в кипящем слое. Чтобы исключить операцию отмывки от масла, шатуны из стали 40Х1НВА закаливали не в масле, а в кипящем слое.
Поверхность деталей после закалки в кипящем слое чистая, налипания корунда на детали не наблюдается.
Термограммы охлаждения шатунов подтвердили, что кипящий слой корунда (340-400 мкм) характеризуется несколько меньшей охлаждающей способностью, чем масло, но гораздо большей, чем спокойный воздух.
Механические свойства шатунов из стали 40Х1НВА при закалке их в масле и в кипящем слое одинаковы.
Шатуны из стали 18Х2Н4ВА, закаленные в кипящем слое, отличались более высокими показателями прочности и твердости, чем после закалки на воздухе.
По существующей технологии термообработки шатуны из стали 18Х2Н4ВА подвергают низкому отпуску при 210° С в течение 4 ч, а шатуны из стали 40Х1НВА - высокому отпуску при 580-600° С в течение 4-5 ч. Была проведена серия опытов по различным режимам отпуска садок шатунов в печи с кипящим слоем. При этом низкий отпуск шатунов из стали 18Х2Н4ВА был заменен на высокий при 500° С, а для стали 40X1 НВА температура высокого отпуска была оставлена прежней.
Отпуск садки шатунов осуществляли в «холодной» камере установки. Чтобы получить в ней требуемые для отпуска температуры (500-600° С), в качестве псевдоожижающего агента использовали воздух, а через специальные сопла в зону всплесков кипящего слоя подавали газо-воздушную смесь.
Oтпуск после скоростного нагрева требует значительно меньшего времени, чем после обычного нагрева в электропечи. Наши эксперименты, в которых время отпуска изменялось от 15 мин до 3 ч, показали, что для шатунов из данных сталей достаточным является отпуск в течение 30 мин. Критерием оценки продолжительности отпуска явились результаты механических испытаний шатунов. Всего было испытано 140 шатунов.
В результате проведенных исследований были определены оптимальные режимы скоростного безокислительного и необезуглероживающего нагрева под закалку, режимы охлаждения и скоростного отпуска шатунов в опытно-промышленном агрегате с кипящим слоем.
По этим режимам были проведены контрольные испытания полупромышленной печи с кипящим слоем при ее циклической загрузке. При этом было термически обработано свыше 600 шатунов (-1,5 т).
При оптимальном размещении шатунов в садке все они прогреваются и охлаждаются практически одновременно. Механические свойства и твердость шатунов из сталей 18Х2Н4ВА и 40Х1НВА после выбранных режимов нагрева, закалки и отпуска в кипящем слое стабильны и удовлетворяют техническим условиям, причем ударная вязкость получается выше, чем при существующей технологии.
Окисление и обезуглероживание поверхности практически не происходит.
Структура шатунов из сталей 40Х1НВА и 18Х2Н4ВА после полного цикла термообработки в кипящем слое представляет собой сорбит отпуска.
Испытания при циклической загрузке печи садками из прицепных и главных шатунов показали, что тепловой режим горячей и холодной камер стабилен во времени, производительность печи составляет 380 кг/ч. Время, затрачиваемое на общий цикл термообработки, сокращается в 4 раза, в том числе время нагрева под закалку - в 12 раз, а продолжительность отпуска - в 8 раз по сравнению с существующей технологией.
Поскольку существующие нормы ограничивают допустимое коробление шатунов после термообработки (прогиб по тавру не более 0,6 мм, скручивание осей головок - не более 0,3 мм), были выполнены тщательные обмеры 164 шатунов до их обработки в кипящем слое и после нее, и по этим данным были построены частотные кривые распределения деформаций как главных (длиной 410 мм), так и прицепных (длиной 300 мм) шатунов. После термообработки в кипящем слое с нагревом до 930° С частотные кривые деформаций практически не изменились, т. е. деформации в процессе термообработки не увеличились. При нагреве шатунов до 1020° С скручивание осей головок также не изменилось, а наиболее вероятный прогиб по тавру увеличился на 0,1-0,2 мм, однако и в этом (не предусмотренном технологией) случае максимальная деформация не выходила за пределы допуска.
Читайте также: