Цементуемые стали
Сущность, виды, параметры (температура нагрева и время выдержки), физико-химический процесс, термическая обработка, структура, свойства по сечению и применение цементации приведены в разд. 16.2.
К цементируемым относятся стали с содержанием углерода до 0,3%. После цементации они закаливаются с достижением высокой твердости только в насыщенном углеродом поверхностном слое (толщиной до 1...1,5 мм), сохраняя при этом вязкую сердцевину со сравнительно невысокой твердостью. Поскольку содержание углерода в поверхностном слое в этом случае повышенное (до 0,8%), то твердость (достигает HRCэ 60...62) и износостойкость поверхностного слоя высокие. Однако сопротивление нагрузкам понижено из-за малой толщины поверхностного слоя и резкого перепада твердости по сечению изделия. Наиболее резкий перепад твердости наблюдается у углеродистых сталей, менее резкий – у легированных, так как последние имеют более высокие прочность и твердость в сердцевине после закалки. В качестве цементируемых углеродистых сталей используются качественные и высококачественные стали, реже стали обыкновенного качества марок Ст2 и Ст3, стали 10, 20, 25, применение которых ограничено из-за низкой вязкости.
Легированные цементируемые стали применяют для деталей больших размеров и сложной формы, эксплуатирующихся при повышенных нагрузках, так как они лучше прокаливаются и позволяют получить более прочную сердцевину изделия. Кроме того, эти стали принимают закалку с охлаждением в менее резких охладителях, что уменьшает деформацию и опасность возникновения трещин.
Из сталей нормальной и повышенной прочности наибольшее применение в машино- и медицинском приборостроении имеют низкоуглеродистые стали (цементуемые).
Низкоуглеродистые (0,1 – 0,3 % С) легированные стали (табл. 16.1– 16.3) используют в состоянии наибольшего упрочнения, т.е. после закалки и низкого отпуска со структурой (в зависимости от состава стали) низкоуглеродистого мартенсита и бейнита. Повышенные прочностные свойства сочетаются у них с хорошей пластичностью, вязкостью, малой чувствительностью к надрезам и высоким сопротивлением развитию вязкой трещины.
Таблица 16.1
Составы цементуемых сталей, % (ГОСТ 4532 – 71)
№ п/п |
Марка стали |
Химический состав, % |
|||
C |
Cr |
Ni |
Mn |
||
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 |
10 20 15Х 20Х 15ХР 20ХН 20ХГР 20ХНР 18ХГТ 30ХГТ 18ХНМФА 12ХН3 12Х2Н4 20Х2Н4 18Х2Н4В |
0,07 – 0,13 0,17 – 0,24 0,12 – 0,18 0,17 – 0,23 0,12 – 0,18 0,17 – 0,23 0,18 – 0,24 0,16 – 0,23 0,17 – 0,23 0,24 – 0,32 0,16 – 0,21 0,09 – 0,16 0,09 – 0,16 0,16 – 0,22 0,14 – 0,20 |
– – 0,8 – 1,0 0,7 – 1,0 0,7 – 1,0 0,45 – 0,75 0,7 – 1,1 0,7 – 1,1 1,0 – 1,3 1,0 – 1,3 0,6 – 0,9 0,6 – 0,9 1,25 – 1,65 1,22 – 1,65 1,35 – 1,65 |
– – – – – 1,0 – 1,4 – 0,8 – 1,1 – 0,6 – 0,9 – 2,75 – 3,15 3,25 – 3,65 3,25 – 3,65 4,0 – 4,4 |
– – – – – – 0,7 – 1,0 – 0,8 – 1,1 – 0,8 – 1,1 – – – – |
Таблица 16.2
Механические свойства углеродистых цементуемых сталей
Марка стали |
σв |
σт |
δ |
φ |
МПа |
% |
|||
10 |
400 |
250 |
35 |
70 |
15 |
430 |
270 |
32 |
65 |
20 |
470 |
300 |
30 |
60 |
Таблица 16.3
Механические свойства легированных цементуемых сталей
Марка стали |
σв |
σ0,2 |
δ |
φ |
KCU, МДж/м2 |
МПа |
% |
||||
15Х |
750 |
650 |
15 |
55 |
1,0 |
20Х |
850 |
700 |
15 |
55 |
1,2 |
15ХР* |
750 |
650 |
15 |
55 |
1,2 |
20ХН* |
850 |
700 |
15 |
55 |
1,2 |
Таблица 16.4
Механические свойства высокопрочных цементуемых сталей
Марка стали |
σв |
σ0,2 |
δ |
φ |
KCU, МДж/м2 |
МПа |
% |
||||
20ХГР |
130 |
110 |
12 |
50 |
0,8 |
20ХНР |
130 |
110 |
14 |
60 |
0,9 |
18ХГТ |
130 |
110 |
12 |
50 |
0,8 |
30ХГТ |
160 |
140 |
10 |
40 |
0,7 |
18ХНМФ |
120 |
100 |
15 |
55 |
1,6 |
12ХН3 |
120 |
100 |
15 |
60 |
1,0 |
12Х2Н4 |
120 |
110 |
15 |
60 |
1,0 |
18Х2Н4В |
130 |
110 |
14 |
55 |
1,0 |
Детали из сталей 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА для повышения предела выносливости могут подвергаться азотированию.