Цементуемые и улучшаемые стали

Используются для изготовления деталей, работающих на износ и подвергающихся действию переменных и ударных нагрузок. Детали должны сочетать высокую поверхностную прочность, твердость и достаточную вязкость сердцевины.

Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%, что позволяет получить вязкую сердцевину. Для деталей, работающих с большими нагрузками, применяются стали с повышенным содержанием углерода (до 0,35 %).

С повышением содержания углерода прочность сердцевины увеличивается, а вязкость снижается. Детали подвергаются цианированию и нитроцементации.

Цементуемые углеродистые стали 15,20,25 используются для изготовления деталей небольшого размера, работающих в условиях изнашивания при малых нагрузках (втулки, валики, оси, шпильки и др.). Твердость на поверхности составляет 60…64 HRC, сердцевина остается мягкой.

Улучшаемые углеродистые стали 35, 40, 45 дешевы, из них изготавливают детали, испытывающие небольшие напряжения (сталь 35), и детали, требующие повышенной прочности (стали 40, 45). Но термическое улучшение этих сталей обеспечивает высокий комплекс механических свойств только в деталях небольшого сечения, так как стали обладают низкой прокаливаемостью. Стали этой группы можно использовать и в нормализованном состоянии.

Детали, требующие высокой поверхностной твердости при вязкой сердцевине (зубчатые колеса, валы, оси, втулки), подвергаются поверхностной закалке токами высокой частоты. Для снятия напряжений проводят низкий отпуск.

 

Легированные стали

Легированные стали классифицируются по нескольким признакам.

1.По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей: перлитный; мартенситный; аустенитный

Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов; мартенситного – более значительным содержанием; аустенитного – высоким содержанием легирующих элементов.

Классификация связана с кинетикой распада аустенита.

По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температурная область мартенситного превращения снижается.

2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов): низколегированные – 2,5…5 %; среднелегированные – до 10 %; высоколегированные – более 10%.

4. По химическому составу: никелевые, хромистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и др.

5. По назначению: конструкционные; инструментальные (режущие, мерительные, штамповые); стали и сплавы с особыми свойствами (резко выраженные свойства – нержавеющие, жаропрочные и термоустойчивые, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами).

 

Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.

Cодержание легируюших элементов может изменяться в очень широких пределах. В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.

Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.

Достоинствалегированных сталей:

-особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;

-улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ( );

-легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;

-возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;

-повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.

Недостатки:

-подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;

-в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;

- склонны к ликвации, что приводит к неоднородности свойств вдоль и поперек деформирования поэтому необходим диффузионный отжиг;

- склонны к образованию флокенов - мелких трещин с различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали.

Цементуемые легированные стали применяют для крупных и тяжелонагруженных деталей, в которых необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину (кулачковые муфты, поршни, пальцы, втулки).

Стали, подвергаемые термическому улучшению, широко применяют для изготовления различных деталей, работающих в сложных напряженных условиях. Стали приобретают структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки. Важное значение имеет сопротивление хрупкому разрушению.

Улучшению подвергаются среднеуглеродистые стали с содержанием углерода 0,30…0,50 %.

Улучшаемые легированные стали применяют для крупных и тяжелонагруженных ответственных деталей. Стали обладают лучшим комплексом механических свойств: выше прочность при сохранении достаточной вязкости и пластичности, ниже порог хладоломкости.

К ним относятся: хромистые стали 30Х, 40Х, 50Х, используемые для изготовления небольших средненагруженных деталей; хромокремнистые 33ХС и хромокремниймарганцевые (хромансил) 25ХГСА стали, применяемые для получения стыковочных сварных узлов, кронштейнов, крепежных и других деталей, в том числе для автомобилестроения и авиации; хромоникелевые стали 45ХН, 30ХН3А, для валов и роторов турбин, тяжелонагруженных деталей редукторов и компрессоров.