Марганцовистые стали.
30Г2, 35Г2, 40Г2, 50Г2.
Характеризуются несколько большей прокаливаемостью, чем хромистые стали. Основной недостаток – высокая склонность аустенитного зерна к росту при нагреве под закалку. Поэтому они
часто применяются при обработке ТВЧ.
Хромомарганцевые стали.
25ХГТ, 30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ.
Имеют более высокую прокаливаемость – до 40 мм. Дополнительное легирование Ti или Ti+V (30ХГТ, 40ХГТ, 35ХГФ)
проводится для образования мелкодисперсных карбидов и дает
возможность резко снизить размер аустенитного зерна.
Хромокремнистые и хромокремнемарганцовистые стали.
33ХС, 38ХС, 25ХГСА, 30ХГСА (хромансиль - самолетная сталь), 35ХГСА.
Обладают высокой прочностью и удовлетворительной вязкостью. (твердорастворное упрочнение) и снижения размеров хромосодержащих карбидов.
Имеют низкую прокаливаемость – до 25…40 мм.
Структура стали после термообработки – сорбит отпуска, редко –
мартенсит отпуска. |
11 |
Хромомолибденовые стали.
30ХМ, 35ХМ, 30Х3МФ.
Замена марганца молибденом повышает прокаливаемость до 80… 100 мм. Мало склонны к отпускной хрупкости и имеют высокие мех.
свойства при повышенных температурах.
Хромоникелевые и хромоникельмолибденовые (вольфрамовые) стали.
20ХН3А, 20Х2НЧА, 40ХН, 20ХН2М, 38Х2Н2МА.
Наиболее качественные стали. Применяются для изготовления ответственных деталей сечением до 100…1000 мм. Имеют высокую прокаливаемость и высокую вязкость.
Высокая прокаливаемость обусловлена совместным влиянием Cr- Ni-Mo, а вязкость – влиянием Ni. Наибольший температурный запас вязкости имеют стали с 3…4% Ni: 20ХН3А, 30ХН3А, 18Х2Н4МА, 30ХН3МА.
Cильно склонны к обратимой отпускной хрупкости. Легирование Mo и W значительно ослабляют эту склонность.
Для дополнительного повышения прочности сорбита отпуска и снижения порога хладноломкости вводят V (35ХН3МФА), который образует мелкодисперсные карбиды. Карбиды блокируют рост
аустенитных зерен. |
12 |
Стали для цементации и азотирования.
Цементуемые стали.
Т = выше точки А3 (920…980°С). Глубина цементованного слоя
-0,3…2,5 мм.
Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,08…0,25% (в редких случаях до 0,35%).
Цементуемые стали: 15Х, 18ХГТ, 20ХГР, 15ХФ, 12ХН3А, 18Х2Н4МА.
Термическая обработка после цементации: закалка и низкий отпуск.
Закалка может осуществляться
-от температуры цементации (одинарная термическая обработка),
-после охлаждения от температуры цементации (на воздухе или в воде) и повторного нагрева выше А1 (700…780°С) с последующей закалкой и отпуском (двойная термообработка).
Структура стали после цементации:
в сердцевине (0,2%С) – сорбит отпуска,
в цементованном слое (0,8%С) – отпущенный мартенсит.
13
Основные задачи цементации:
Снижение температуры АС1 для поверхностного слоя.
Повышение прокаливаемости стали.
Повышение скорости диффузии углерода в -железе.
ЛЭ влияют на скорость цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностном слое.
Некарбидообразующие элементы – Ni, Co, Si – ускоряют диффузию углерода в аустените, но в то же время снижают растворимость углерода в аустените и, следовательно, уменьшают возможное содержание углерода в поверхностном слое (особенно сильно кремний).
Карбидообразующие элементы – Mn, Mo, V, W, Co – наоборот, понижают коэффициент диффузии углерода в аустените и повышают максимальную концентрацию углерода в поверхностном слое, что связано с карбидообразованием.
14
Влияние легирующих элементов на глубину цементованного слоя определяется их влиянием на коэффициент диффузии и концентрацию углерода в поверхностном слое.
Зависимость глубины цементованного слоя от содержание легирующих элементов при температуре цементации 925°С.)
15
В легированных сталях после цементации и закалки кроме мартенсита и карбидов может присутствовать также остаточный аустенит.
Остаточный аустенит в цементованном слое повышает вязкость и пластичность, поэтому в небольших количествах он полезен. Однако при большом его содержании существенно снижается твердость.
Для высоколегированных цементуемых сталей для уменьшения количества остаточного аустенита проводят обработку холодом после закалки.
Оптимальное содержание углерода в поверхностном слое после цементации составляет 0,8…1,2%. Увеличение содержания углерода способствует выделению карбидов по границам зерен, что повышает трещинообразование и снижает механические свойства.
16
Азотируемые стали.
30Х2МЮА, 38Х2ВФЮА, 30ХНМА, 38Х2МЮА.
Азотирование - процесс поверхностного насыщения стали азотом при температуре до 600°С (в ферритной области) для повышения твердости, износостойкости, теплостойкости и коррозионной стойкости. Перед азотированием изделие подвергают закалке и высокому отпуску (на структуру сорбита отпуска).
Высокая твердость азотирования достигается сразу и не требует последующей термической обработки.
При азотировании при температуре ниже эвтектоидной (590°С) насыщенный поверхностный слой состоит из трех фаз:, (Fe4N), (см. диаграмму состояния).
В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также скорости охлаждения с температуры азотирования.
17
Высокая твердость и износостойкость обеспечивается образованием нитридов легирующих элементов. (CrN, MoN, AlN), - фазы и -фазы. Часто образуются карбонитридные фазы.
ЛЭ влияют на глубину азотированного слоя и поверхностную твердость. Уменьшение глубины азотированного слоя обусловлено уменьшением коэффициента диффузии азота в феррите. Углерод также снижает коэффициент диффузии азота.
При легировании несколькими элементами твердость азотированного слоя выше, чем при легировании одним элементом. Наиболее высокая поверхностная твердость при азотировании достигается в хромомолибденовых сталях, дополнительно
легированных алюминием – 38Х2МЮА. |
18 |
Подшипниковые стали
ШХ15, ШХ15СГ, 11Х18М, 8Х4М4В2Ф1Ш.
По составу и свойствам подшипниковые стали близки к инструментальным сталям.
Основные требования:
Высокая статическая грузоподъемность (до 2000…4000 МПа) – предельная нагрузка, при которой остаточные деформации в зоне контакта не превышают 0,01% от диаметра шарика (ролика).
Высокое сопротивление контактной усталости. Существенно зависит от наличия металлургических дефектов – сульфидов, оксидов, водорода.
Износостойкость. Достигается введением в сталь 1,0%С и 1,5% Cr.
Высокое сопротивление малым пластическим деформациям (для подшипников точных приборов).
Размерная стабильность. Изменения размеров при эксплуатации не должны превышать 10-4…10-5 мм. Размерная стабильность зависит от содержания остаточного аустенита в стали – чем больше остаточного аустенита, тем меньше стабильность, т.к. при высоких нагрузках возможно превращение остаточного аустенита в мартенсит.
19
Подшипниковые стали делят на:
Стали общего применения – для подшипников, работающих при температурах -60…300°С в неагрессивных средах: ШХ15, ШХ15СГ;
стали специального назначения – для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников: 95Х18-Ш, 8Х4В9Ф2Ш.
Подшипниковые стали легируют хромом для образования специальных карбидов и обеспечения прокаливаемости. Для повышения прокаливаемости вводят также кремний и марганец.
20