10.7.2. Влияние легирующих элементов

на условия проведения термической обработки

Влияние легирующих элементов на условия проведения термической обработки обусловлено несколькими факторами.

Во-первых, большинство широко используемых легирующих элементов (Cr, V, W, Si, Mo и др.) повышают температуры А₁ и А₃, но Mn и Ni снижают эти температуры.

Во-вторых, легирующие элементы образуют твердые растворы замещения и поэтому твердость закаленных на мартенсит углеродистых и легированных сталей практически одинакова и зависит от содержания углерода.

В-третьих, большинство легирующих элементов увеличивают устойчивость аустенита против распада на феррито-цементитную смесь, замедляют скорость его распада, облегчая тем самым переохлаждение аустенита до температуры М_н.

Такое влияние легирующих элементов имеет большое практическое значение, т.к. увеличение устойчивости аустенита обусловливает уменьшение критической скорости охлаждения. При этом достигаются два практически важных результата. Легированные стали закаливаются на мартенсит при охлаждении не только в воде, но и в менее резкокалящих средах – в масле и на воздухе, что способствует уменьшению внутренних термических напряжений, уменьшению коробления и сохранению геометрии деталей сложной конфигурации. Уменьшение критической скорости охлаждения увеличивает прокаливаемость легированных сталей и позволяет получить при закалке мартенситную структуру на значительно большей глубине от поверхности детали.

10.7.3. Конструкционные стали

1. Цементуемые стали.

Для цементуемых изделий применяют низкоуглеродистые (0,1–0,25 % С) стали. Изделия несложной формы и небольшого сечения, цементуемые на глубину 1,0–1,5 мм, изготовляют из хромистых сталей 15Х, 15ХА и 20Х (0,7–1,0 % Cr). Хромистые стали по сравнению с углеродистыми имеют более высокие прочностные свойства при несколько меньшей пластичности сердцевины.

Для крупных деталей ответственного назначения, работающих на износ при высоких удельных нагрузках, применяют хромоникелевые стали (20ХН, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А и др). одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины.

Легирование хромоникелевых сталей молибденом (или вольфрамом) дополнительно повышает устойчивость переохлажденного аустенита, а следовательно, и прокаливаемость. Сталь 18х2н4ва или соответствующую ей сталь с молибденом 18х2н4ма применяют для крупных высоконагруженных деталей.

Дорогие хромоникелевые стали нередко заменяют более дешевыми хромомарганцевыми сталями. Марганец применяется в стали как заменитель никеля.

Введение небольших количеств титана (0,03–0,05 %) уменьшает склонность хромомарганцевых сталей к перегреву. Широкое распространение получили хромомарганцевые стали с титаном 18хгт и 25хгт.

Дополнительное легирование никелем (1,4–1,8 %) и молибденом (0,2–0,4 %) повышает прокаливаемость и прочность хромомарганцевых сталей. для изготовления наиболее нагруженных шестерен применяют стали 25ХГМ и 20XГHМ.

Цементации подвергают также стали, содержащие 0,002–0,005 % В. бор увеличивает прокаливаемость доэвтектоидной стали (20хгр, 20ХГНР).

цементуемые стали микролегируют алюминием, ниобием и цирконием совместно с азотом (0,05–0,1 %), например сталь 25ХГНМАЮ. Эти стали обладают очень мелким зерном, что повышает механические свойства.

Термическая обработка этих сталей включает закалку с 880–950 С и низкий отпуск.