Конструкционные цементуемые стали

20Х, 15ХР, 20ХН, 20ХГР, 18ХГТ, 12ХН3А, 18ХН4В др.

Цементации обычно подвергают стали с малым содержанием углерода (как правило, не более 0,15÷0,25%). Содержание легирующих элементов (марганец, хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий и титан) 5÷6%.

Л

37

егирование одним компонентом (например, хромом) позволяет применять после цементации закалку в масле (против закалки в воде углеродистых

Таблица 5.1

Химический состав, применение легированных сталей

Марка стали	Содержание элементов, %						Назначение стали
	С	Si	Mn	Cr	Ni	Другие элементы
12ХН3А	0,09÷ 0,016	0,17÷0,37	0,3÷0,6	0,6÷0,9	2,15÷3,15	-	Коленчатые валы, оси, штоки, диски, втулки, поршневые пальцы, ролики, шпиндели, и др.
30ХГСА	0,28÷ 0,35	0,9÷1,2	0,8÷1,1	0,8÷1,1	-	-	Валики, шестерни, сварные конструкции, втулки, шатуны, фланцы и др.
50ХФА	0,46÷ 0,54	0,17÷0,37	0,5÷0,8	0,8÷1,1	-	V 0,1÷0,2	Тяжелонагруженные ответственные детали, пружины, работающие при температуре до 300 °С
20Х13	0,16÷ 0,25	До 0,8	До 0,8	12,0÷14,0	0,6	Cu 0,30 Ti 0,2	Турбинные лопатки, клапаны гидравлических насосов
40Х13	0,36÷ 0,45						Режущий мерительный и хирургический инструмент, пружины
12Х18Н10Т	0,12	До 0,8	2,0	17,0÷19,0	9,0÷11,0	Si до 0,8 Тi 0,6÷0,8	Конструкционный материал для самолётов, немагнитные части аппаратуры управления. Сварные аппараты и сосуды, работающие в агрессивных средах
ШХ15	0,95÷1,05	0,40÷0,65	-	1,30÷1,65	-	-	Кольца и ролики подшипников качения
110Г13Л	0,9	-	-	11,5÷14,5	-	Si 0,5÷1,0	Черпаки, козырьки драг, зубья ковшей экскаваторов, гусеничные траки, стрелы и сердечники крестовин стрелочных переводов и т.п.
Р18	0,7÷0,8	3,8÷4,4	-	-	0,40	1,0÷1,4 V 1,0 Mo 17,0÷18,5 W	Режущий инструмент: резцы, свёрла, фрезы, развёртки, метчики
Х12	2,00÷2,20	0,10÷0,40	0,15÷0,45	11,50÷13,0	0,35	Cu 0,30 W 0,20 V 0,15	Холодные штампы высокой устойчивости против истирания; волочильные доски, глазки для калибрования, гибочные и формовочные штампы и т.д.
5ХНМ	0,5÷0,6	-	-	0,6÷0,8	1,4÷1,8	0,15÷0,3 Mo	Молотовые штампы паровоздушных и пневматических молотов с массой падающих частей свыше 3 тонн

Таблица 5.2

Термическая обработка, название микроструктуры и механические свойства легированных сталей

Марка стали	Термическая обработка				Название микроструктуры	Механические свойства
	Закалкa t, °C	Охлаждающая среда	Отпуск t, °C	Охлаждающая среда		В, МПа.	0,2, МПа.	δ, %	KCU, МДж/м2
12ХН3А	1. 860 2.760÷810	Масло	180	Воздух или масло	Феррит + сорбит (в сердцевине). Мартенсит отп. + карбиды (поверхность)	950	700	11	0,9
30ХГСА	880	Масло	540	Вода, масло	Сорбит отпуска	1100	850	10	0,5
50ХФА	840÷860	Масло	380÷550	Воздух	Троостит отпуска	1500	1100	6	0,31
ШХ15	840÷860	Масло	150÷170	Воздух	Мартенсит отп. + карбиды	HRC61÷65
12Х18Н10Т	1100	Вода	-	-	Аустенит	550	240	50	2
110Г13Л	1100	Вода	-	-	Аустенит +карбиды (литая). Аустенит (закаленная)	800÷900	360÷380	34÷53	1,5-1,8
Р18	1260	Масло	560, 3-х кратный нагрев	Воздух	Мартенсит отп. + карбиды + аустенит	HRC62÷64
Х12	970	Масло	180	Воздух	Мартенсит отп. + карбиды	2150	HRC61÷63		0,15÷0,2
5ХНМ	840÷860	Масло	560÷580	Вода	Троосто-сорбит	900	650	20÷22	HRC35÷38

сталей), что уменьшает коробление и устраняет опасность образования трещин (стали 15Х, 20Х).

Увеличение степени легирования позволяет получать после цементации и термической обработки высокий комплекс механических свойств не только в поверхностном цементованном слое, но и в сердцевине крупногабаритных изделий.

Существует несколько вариантов технологии окончательной термической обработки после цементации. Стали, склонные к росту зерна после цементации, подвергают закалке или нормализации с нагревом до температур 850÷880 °С для измельчения зерна сердцевины деталей. Вторую закалку проводят при температуре 760÷780 °С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твердости. Стали, не склонные к росту зерна при цементации (18ХГТ, 25ХГТ и др.), подвергают непосредственной ступенчатой закалке с подстуживанием на воздухе. Отпуск проводят при температуре 160÷200 °С.

После цементации и окончательной термической обработки (закалки и низкого отпуска), обеспечивается получение поверхностной твердости 56÷64 HRC при сохранении вязкой сердцевины (35÷45 HRC). Это определяет высокую конструктивную прочность изделий, благоприятное сочетание износостойкости поверхности с высокой сопротивляемостью динамическим разрушениям. Цементацию широко применяют для упрочнения зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей и других деталей машин.

Сталь 12ХН3А относится к перлитному классу. После цементации, закалки и отпуска на поверхности структура стали состоит из мартенсита и карбидов. Структура сердцевины – феррит и сорбит.

Хромимарганецрастворяются в феррите и в цементите. Повышают устойчивость аустенита, снижают критическую скорость закалки, повышают прокаливаемость сердцевины, но уменьшают прокаливаемость цементованного слоя.

Никель, молибден повышают прокаливаемость цементованного слоя, пластичность мартенсита.

Никельнесколько замедляет процесс науглероживания, увеличивает прочность, вязкость сердцевины изделия.

Ниобий, ванадий, цирконий, титан, алюминийобразуют дисперсные карбиды и нитриды, которые способствуют измельчению зерна.

Борповышает прокаливаемость и прочность стали, но снижает ее вязкость и пластичность.

Титанповышает устойчивость стали к перегреву.