55. Улучшаемые углеродистые и легированные стали для деталей машин.

Улучшаемыми конструкционными сталями называют стали, используемые после закалки и высокого отпуска (улучшения). Стали со-

держат 0,3-0,5%С и 1-6% легирующих элементов, их подвергают закалке при 820-880⁰С (в зависимости от состава) в масле (крупные детали охлаждают в воде) и высокому отпуску при 550-680⁰С с получением сорбитной структуры. Основное назначение этих сталей – изготовление

деталей машин. Они 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.

Примеры применения улучшаемых сталей приведены ниже.

Для средненагруженных деталей небольших размеров применяют хромистые стали 30Х, 38Х, 40Х, 50Х, недостатком которых является небольшая прокаливаемость и склонность к отпускной хрупкости, проявления которой избегают, охлаждая детали после отпуска в воде. Введение ванадия (40ХФА) повышает вязкость, а добавка бора увеличивает прокаливаемость (35ХР, 40ХР).

Высоким комплексом свойств обладают хромокремнемарганцевые стали 25ХГС, 30ХГСА, 30ХГСНА, широко применяющиеся для изготовления ответственных деталей и сварных конструкций, например, в авиации.

Хромоникелевые стали, обладающие высокой прокаливаемостью, хорошей прочностью и вязкостью, применяются для изготовления крупных изделий сложной конфигурации сечением до 70 мм, работающих при вибрационных и динамических нагрузках: 40ХН, 45ХН, 50ХН.

Хромоникельмолибденовые и хромоникельмолибденованадиевые стали 40ХН2МА, 38ХН3МФ, 36Х2Н2МФА и др. применяют для изготовления наиболее ответственных деталей, для которых требуется материал особой прочности в крупных сечениях (поковки валов и цельнокованых роторов турбин, валы высоконапряженных турбовоздуходувных машин, насосов, детали редукторов и др.). Большая устойчивость переохлажденного аустенита обеспечивает высокую прокаливаемость этих сталей (критический диаметр свыше 100 мм), что позволяет упрочнять термообработкой крупные детали. Даже в очень больших сечениях

(1000 мм и более) в сердцевине после закалки образуется бейнит, а после отпуска – сорбит. Указанные стали обладают высокой прочностью, пластичностью и вязкостью и низким порогом хладноломкости. Этому способствует высокое содержание никеля. Молибден, присутствующий в стали, повышает ее теплостойкость до 400-450⁰С.

56. Стали для деталей с повышенной твердостью поверхности и вязкой сердцевиной (цементируемые, азотируемые).

Цементируемые стали – это низкоуглеродистые (до 0,30%С), низколегированные (до 2,5% легирующих элементов) и среднелегированные стали (2,5-10% легирующих элементов). Такие стали с цементованным слоем твердостью 58-62HRC глубиной 0,5-1,5 мм и с твердостью сердцевины 30-42HRC применяются для деталей, работающих в условиях трения и испытывающих динамические нагрузки (шестерни, детали храповых механизмов, валы, пальцы и др.). Цементация обеспечивает высокую твердость и износостойкость поверхности, а небольшое содержание углерода – высокую вязкость сердцевины.

Степень легирования сталей для таких деталей зависит от величины и характера эксплуатационной нагрузки.

Для деталей, работающих в основном на износ и не требующих высокой прочности сердцевины, применяются углеродистые стали 10, 15, 20. Для нагруженных деталей небольших сечений используют стали 15Х, 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ (титан измельчает зерно). Для крупных

деталей, работающих на износ при высоких удельных нагрузках, применяются более легированные стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, а для особо крупных и высоконагруженных – хорошо прокаливающиеся стали 18Х2Н4ВА или 18Х2Н4МА.

Глубина слоя выбирается в зависимости от размеров детали и величины удельной нагрузки.

Азотируемые стали. Азотированию можно подвергать практически все легированные улучшаемые стали, содержащие легирующие элементы, образующие нитриды, например, Cr, W, V, Mo. Но специально для азотирования разработаны стали, содержащие алюминий: 38Х2Ю, 35ХЮА, 38ХМЮА, 38Х2МЮА и др. Максимальный эффект получается при комплексном легировании хромом, алюминием, молибденом. Улучшение, проводимое перед азотированием, обеспечивает необходимое сочетание прочности и вязкости сердцевины, а при азотировании достигается твердость азотированного слоя до 1200HV. Cr, Mo и особенно Al образуют твердые нитриды, а молибден, кроме этого, устраняет отпускную хрупкость, которая может возникнуть при медленном охлаждении после азотирования.