112)Конструкционные машиностроительные цементированные стали.

Для цементируемых изделий применяют низкоуглеродистые (0,1—0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементо­ванный слой должен иметь твердость НRС 58 — 62.

Для получения высокой твердости, контактной выносливости и предела устойчивости и предела устлости при изгибе; после химико-термической обработки цементированный слой должен обладать высокой прокаливаемостью. После закалки слой должен иметь мартенситно-аустенитную структуру без продуктов перлитного и промежуточного превращений переохлажденного аустенита.

Сердцевина цементуемых сталей должна обладать высокими меха­ническими свойствами, особенно повышенным пределом текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

Увеличение действительного зерна в цементованном слое после терми­ческой обработки вызывает уменьшение контактной выносливости, пре­дела выносливости, сопротивления хрупкому разрушению и увеличение де­формации обработки.

Высокое содержание легирующих элементов не рекомендуется, поскольку затрудняет применение непосредственной закалки их после цементации.

Цементуемые стали должны хорошо обрабатываться резаньем, поэтому предварительная термическая обработка должна обеспечивать оптимальную структуру.

Хромистые стали. Хром — сравнительно дешевый элемент для легирования стали. В конструкционных сталях он частично растворен в феррите, частично в цементите, образуя карбид (Fе, Сr)_эС.

Для изделий простой формы, цементуемых на глубину 1,0—1,5 мм. В хро­мистых сталях в большей степени развивается промежуточное превраще­ние при закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина изделия имеет бейнитное строение. Вследствие того хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при меньшей пластично­сти в сердцевине и лучшей прочности в цементованном слое. Хромистая сталь чувствительна к перегреву и при це­ментации можно получать повышенное содержание углерода в поверхност­ном слое. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Хромованадиевыс стали. Легирование хромистой стали ванадием (0,1—0,2%) улучшает механические свойства (20ХФ). Кроме того, хромованадиевые стали менее склонны к перегреву. Из-за малой прокаливаемости их используют только для сравнительно небольших изделий.

Хромоникелевые стали. Для крупных деталей ответственного назначе­ния, испытывающих значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые и более сложнолегированные стали.

Одновременное легирование хромом и никелем, который растворяется в феррите, повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины и це­ментованного слоя.

• Хромоникелевые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденною аустенига в обла­сти перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой стали. Это же позволяет закалить крупные детали в масле, а в некоторых случаях и навоздухе,

Легирование хромоиикслевых сталей вольфрамом (или молибденом) дополнительно повышает устойчивость переохлажденною аустенита, а следовательно, и прокаливаемость. Сталь 18Х2Н4МЛ или соответствую­щую ей сталь с вольфрамом 18Х2Н4ВА применяют для крупных тяжелонагруженных деталей.

Вследствие высокой устойчивости переохлажденного аустенита, детали сечением до 150 — 200 мм из стали 18Х2Н4МА закалившиются при охлажде­нии на воздухе, что еще больше уменьшает коробление. Критический диа­метр прокаливаемости (95% мартенсита) =100 мм, а порог хладноломкости (-80 - -100)°^-С .

Стали 12ХНЗА, 20ХНЗА, 20Х2Н4А, 12Х2Н4А, 18Х2Н4ВА и др. при закалке в масле приобретают в сердцевине структуру нижнего бейнита или низкоуглеродистого мартенсита, что приводит к значительно­му упрочнению стали. В результате цементации повышается устойчивость ереохлажденного аустенита в поверхностном слое, особенно в зоне про­межуточного превращения, поэтому при закалке в масле на поверхности образуется высокоуглеродистый мартенсит, обладающий высокой твердостью. Однако следует иметь в виду, что при насыщении стали углеродом понижается температура мартенситного превращения в поверхностном слое и возрастает количество остаточного аустенита, особенно в сталях 18Х2Н4ВА и 20Х2Н4А. Остаточный аустенит понижает твердость, сопро­тивление износу и предел выносливости.

Снижение количества остаточного аусгенита достигается обработкой холодом (от —100 до — 120°С) после закалки или применением промежуточного высокого отпуска (600 — б40^°С) с последующей закалкой при возможно более низкой температуре.

При высоком отпуске из аустенита выделяются легированные карбиды. При последующем нагреве под закалку значительная часть карбидов остается вне твердого раствора, а менее легированный аустенит при охлаждении превращается в мартенсит, и поэтому количество остаточного аустенюа уменьшается, а твердость повышается.

Сталь после такого высокого отпу­ска характеризуется меньшей прокаливаемостью при последующей закал­ке. При обработке холодом уменьшается количество остаточного аустени­та и повышается твердость, однако происходи! некоторое снижение предела выносливости, износостойкости и вязкости по сравнению с высоким отпуском.

Сталь 18Х2ЖВА из-за высокой устойчивости аустенита в перлитной области не снижает твердости при отжиге. Для возможности обработки резанием сталь подвергают высокому отпуску при 630~640°С, после которого она получает твердость НВ 269 — 217.

Хромомарганцевые стали. Mn — дешевый элемент, применяется как заменитель в стали никеля. Как и хром, марганец растворяется в фер­рите и цементите. Повышая устойчивость аустенита, Mn снижает критическую скорость закалки н повышает прокаливаемость стали.

Хромомарганцевые стали применяют вместо доро­гих хромоникелевых. Однако эти стали менее устойчивы против перегрева и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми. Введение небольших количеств титана, образующего труднорастворимые в аустените карбиды ТiС, уменьшают склонность хромомарганцевых сталей к перегреву.

В автомобильной п тракторной промышленности, а также в станко­строении применяют стали 18ХГТ и 25ХГT. Эти стали склонны к внутрен­нему окислению при газовой цементации, что снижает твердость цементо­ванного слоя и предел выносливости, поэтому широко применяют сталь 25ХГМ, легированную молибденом. Молибден, повышая прокаливаемость слоя, устраняет вредное влияние внутреннего окисления н обеспечивает максимальную его твердость.

Хромомарганцевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и про­чности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легирова­нием их никелем.

В автомобильной и тракторной промышленности нашли применение стали 15ХГН2ТА, 25Х2ГНТА и др. Эти стали приближаются по своим ме­ханическим и технологическим свойствам к хромоникелевым сталям.

Стали, легированные бором. Для цементации (нитроцементации) ис­пользуют также стали, содержащие бор (в количестве 0,001-0,005%). Бор повышает устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитно­го превращения и поэтому увеличивает прокаливаемость стали.

• Повышение устойчивости аустенита связано с тем, что бор, присутствуя преимущественно по границам зерен, тормозит образование зародышей перлита. Однако при повышенном содержании бора образуются бориды железа, уменьшающие устойчивость аустенита.

;• Бор повышает прокаливаемость лишь доэвтектоидных сталей, содержа­щих ^ 0,5—0,6% С, но не улучшает прокаливаемость цементованного слоя. Легирование бором повышает прочностные свойства после закалки и низкого отпуска, не изменяя или несколько снижая вязкость и пластич­ность. Бор делает сталь чувствительной к перегреву, поэтому такая сталь, как правило, должна быть наследственно мелкозернистой (балл 7—10). Ле­гирование бористой стали титаном повышает ее устойчивость против перегрева. В промышленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют сталь 20ХГР. Дополнительное легирование стали 20ХГР никелем повышает прокаливаемость, пластичность и вязкость, поэтому сталь 20ХГНР применяют для некоторых деталей вместо хромо-никелевых сталей типа 12ХНЗА.