Легированные стали
Легирующие элементы вводят в состав стали для получения нужных по условиям службы деталей свойств стали. Их содержание отражено в маркировке.
Маркируются цифрами и буквами, например: 15Х, 12ХН3А; двузначные цифры, приводимые в начале марки, указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если цифра перед маркировкой отсутствует, то углерода в стали около 1 %. Буквы в маркировке обозначают легирующие элементы: А – азот; Н – никель; Г – марганец; Х – хром; Р – бор; Б – ниобий; М – молибден; Ц – цирконий; Д – медь; В – вольфрам; П – фосфор; С – кремний; Ю – алюминий; Ф – ванадий; Т – титан; Е – селен; К – кобальт. Цифра после буквы указывает примерное содержание легирующего элемента в целых процентах. Отсутствие цифр говорит о том, что его количество составляет от 1 до 1,5 %; особенности: – буква Ш перед маркировкой (ШХ15) среднее содержание хрома указывается в десятых долях процента; буква Л в конце маркировки означает, что заготовка из этой стали изготавливается методом литья (40 Л); буква А перед маркировкой – сталь автоматная (А20), цифры после нее – это содержание углерода в сотых долях процента и т. д.
Классификация сталей – см. таблицу «Классификайия сталей с типовыми режимами термообработки»
Термообработка
Отжиг – это операция термообработки, заключающаяся в нагреве стали до определённой температуры, выдержке и медленном охлаждении. Выделяют два вида:
– I рода (без фазовой перекристаллизации);
– II рода (с фазовой перекристаллизацией);
Закалка – это операция термообработки, заключающаяся в нагреве стали выше критической температуры, выдержке и охлаждении со скоростью выше критической.
Критическая скорость закалки – такая минимальная скорость охлаждения, которая обеспечивает переохлаждение аустенита до мартенситной структуры
Выделяют два вида:
– полную (нагрев до Ас3 + 30…50 ºС);
– неполную (нагрев до Ас1 + 30…50 ºС) закалку.
Отпуск заключается в нагреве закаленной стали до температур ниже Ас1, выдержке и охлаждении на воздухе (или в воде, масле).
Отпуск делится на:
– низкий (≈ 200°С)
– средний (≈ 400°С)
– высокий (≈ 600°С)
Химико-термическая обработка
Цементация – технологический процесс диффузионного насыщения углеродом поверхностного слоя. Цель – повышение твёрдости и износостойкости. Применяется для сталей, содержащих 0,1-0,25 % углерода. Структура цементованного слоя состоит из заэвтектоидной (перлит+карбиды), эвтектоидной (перлит) и переходной (феррит+перлит) зон. Существуют два способа: в твердом и в газовом карбюризаторе. После цементации проводится термообработка: полная закалка, неполная закалка и низкий отпуск. После т/о структура поверхности – мартенсит+карбиды; сердцевины феррито-перлитная – в углеродистых (Сm 3, стали 15, 20, 25), сорбитная – в низколегированных сталях (15Х, 20Х, 25Х, 20Г2, 18ХГТ), бейнитная или даже мартенситная с пониженным содержанием углерода в среднелегированных сталях (20ХН, 20ХН3ФА, 20Х2Н4ФМА). Твёрдость на поверхности HRC 56-62 при вязкой сердцевине с твёрдостью HRC 15-40 в зависимости от марки стали и режима термической обработки.
Азотирование – процесс диффузионного насыщения поверхности стали азотом. Цель – повышение износостойкости, выносливости за счёт высокой твёрдости (HV 800-1200), коррозионной стойкости в атмосфере и пресной воде, теплостойкости. Перед азотированием проводят термообработку: полную закалку с высоким отпуском на зернистый сорбит. Выделяют два вида азотирования: низкотемпературное (500-520 0С) и высокотемпературное (520-570 0С). Структура азотированного слоя включает зоны: коррозионно-стойкой e-фазы, g`-фазы (твёрдый раствор на базе Fe4N), азотистый эвтектоид – смесь азотистого феррита a, g`-фазы, карбонитридов и нитридов. Азотированию подвергают стали марок: 38Х2МЮА, 40ХФА, 18ХГТ, 20Х3МФА, 30Х3МФ1, 38ХНМФА, 40ХГМ, 20Х3ВА, 30Х3ВА, 20ХН2МФ, 18Х2Н2ВА, 30Х, 40Х, мартенситно-стареющие, нержавеющие, жаропрочные конструкционные стали, инструментальные стали, а также высокопрочные чугуны
Нитроцементация – процесс диффузионного насыщения поверхности стали одновременно углеродом и азотом. Структура поверхностного слоя содержит мартенсит, остаточный аустенит и карбонитридную упрочняющую фазу. Сердцевина представляет собой тростит, бейнит или малоуглеродистый мартенсит с твёрдостью HRC 40-45. Твёрдостью поверхности не ниже HRC 60.
Применяется этот метод ХТО с той же целью и на тех же сталях, что и цементация.