3.2 Цементуемые машиностроительные стали.

Цементуемые стали содержат 0.1- 0.25 % С и имеют невысокое (< 10%)

легирование Cr, Mn, Mo,Ni, V. Легирование обеспечивает высокую твердость поверхностного закаленного слоя HRc = 60 и достаточную прочность сердцевины σ_b= 1000МПа. Детали подвергаются цементации (насыщению поверхностного слоя углеродом), закалке и низкому отпуску. Цементуемые стали предназначены для деталей машин и приборов, работающих на износ и испытывающих переменные и ударные нагрузки (зубчатые колеса, кулачки и.т.д.)

В зависимости от легирования низкоуглеродистые цементуемые стали делятся на 6 групп:

1. Хромистые стали 15Х, 20Х предназначены для изготовления небольших изделий простой формы, цементируемых на глубину 1,0-1,5 мм. Хромистые стали по сравнению с углеродистыми обладают более высокими прочностными свойствами при некоторой меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементируемом слое. Стали чувствительны к перегреву, прокаливаемость их невелика.

Сталь 20Х имеет: σ_b =800МПа, σ_0,2=650МПа, δ=11%, ψ=40%.

2.Хромованадиевые стали. Легирование хромистой стали ванадием (0,1-0,2%) улучшает механические свойства (сталь 20ХФ). Хромованадиевые стали менее склонны к перегреву и применяются для изготовления сравнительно небольших деталей ответственного назначения.

3. Хромоникелевые стали применяются для крупных деталей ответственного назначения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки. Сталь отличается повышенной прочностью, пластичностью и вязкостью сердцевины и высокой твёрдостью цементованного слоя. Хромоникелевые стали мало чувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к перенасыщению поверхностных слоёв углеродом.

Сталь12Х2Н4А имеет: σ_b =1150МПа, σ_0,2=950МПа, δ=10%, ψ=50%.

4. Хромомарганцевые стали применяют во многих случаях вместо дорогих хромоникелевых. Однако они менее устойчивы к перегреву и имеют меньшую вязкость по сравнению с хромоникелевыми.

В автомобильной и тракторной промышленности с танкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ.

Сталь 25ХГМ имеет: σ_b =1200МПа, σ_0,2=1100МПа, δ=10%, ψ=45%.

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

На ВАЗе широко применяются стали 20ХГНМ, 19ХГН и 14ХГН.

После цементации эти стали имеют высокие механические свойства.

Сталь 15ХГН2ТА имеет: σ_b =950 МПа, σ_0,2=750 МПа, δ=11%, ψ=55%.

6. Стали легированные бором. Бор увеличивает прокаливаемость стали, делает сталь нечувствительной к перегреву.

В промыленности для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяется сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР.

Сталь 20ХГНР имеет: σ_b =1300МПа, σ_0,2=1200МПа, δ=10%, ψ=09%.

К недостаткам среднелегированных сталей, содержаших 3-4% никеля (например,12Х2Н4А ) относится высокая стоимость и более сложный цикл химико-термической обработки. Чтобы обеспечить высокую поверхностную твёрдость, стали необходимо подвергать обработке холодом, которая вызывает превращение остаточного аустенита в мартенсит (после закалки в сталях сохраняется большое количество, в некоторых случаях до60%, остаточного аустенита, что объясняется смещением точки \М_к ниже 0º С).

Таблица 3.2

Применение некоторых цементируемых сталей

1	20Х, 20ХФ	Небольшие детали, работающие при малых и средних нагрузках: шестерни, шатуны, шпиндели, втулки и другие детали.
2	12Х2Н4А	Крупные детали ответственного назначения, испытывающие значительные нагрузки: валы турбин, роторы, шестерни, червяки и т. д.
3	25ХГМ	Ответственные детали в крупносерийном и массовом производстве: зубчатые колеса автомобилей, коленчатые валы, шатуны, пальцы и т.д.
4	15Х2НЧТА	Крупные детали особо ответственного назначения: зубчатые колеса авиадвигателей, судовых редукторов, коленчатые валы, шестерни, шатуны, муфты и т. д.