Цементуемые стали. Улучшаемые стали. Химический состав, марки, применение

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. 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.

К данной группе сталей относятся низко- и среднелегированные стали (20Х, 15ХФ, 25ХГТ, 12ХНЗА и др.) с содержанием углерода 0,1-0,3%, обеспечивающие после химико-термической обработки, закалки и низкого отпуска высокую поверхностную твердость (HRC 58-62) при вязкой, но достаточно прочной сердцевине (σ_в=700-1500 МПа, δ=10-12%, KCU=0,6-1,0 МДж/м², HRC 35-45). Эти стали используют для изготовления деталей машин и приборов (кулачков, зубчатых колес и др.), испытывающих переменные и ударные нагрузки и одновременно подверженных износу.

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/м².

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.). Хромомолибденоалюминиевая сталь 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, А_m). Справа от диаграммы постройте схематическую кривую медленного охлаждения от 1600 до 600⁰С сплава с заданным содержанием углерода.

Опишите превращения, происходящие в заданном сплаве, и охарактеризуйте все образующиеся по ходу охлаждения структуры. Зарисуйте эти структуры.