3. Цементуемые стали

При работе деталей под действием динамических нагрузок в усло­виях поверхностного износа для их изготовления применяют низ­коуглеродистые стали, содержащие обычно не более 0,2 % С, подвергая их цементации, закалке и низкому отпуску.

Твердость поверхности готовой детали должна составлять около HRC 60. При этом твердость сердцевины углеродистых сталей находится в пределах HRC 20—40. В отличие от слабо­прокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термо­обработке легированных сталей происходит дополнительное упроч­нение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легиро­вана сталь.

В зависимости от степени упрочняемости сердцевины разли­чают три группы цементуемых сталей: с неупрочняемой, слабо-и сильноупрочняемой сердцевиной (табл. 10).

К первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупроч­няемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цемен­тованным слоем при закалке аустенит превращается в феррито-перлитную смесь.

Вторую группу составляют низколегированные хромистые стали марок 15Х, 20Х, имеющие слабоупрочняемую сердцевину. Дополнительное легирование малыми добавками ванадия (сталь 15ХФ) позволяет получить более мелкое зерно, что улучшает пла­стичность и вязкость стали.

Стали третьей группы используют для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, имеющих большее сечение или сложную конфигурацию или подвергающихся дей­ствию больших знакопеременных напряжений. В состав этих сталей вводят никель: 20ХН, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Ввиду его дефицитности никель иногда заменяют марганцем, вводя кроме того небольшое количество титана или ванадия для измельчения зерна (18ХГТ).

Легирование хромоникелевых сталей вольфрамом или молибде­ном (например, сталь марки 18Х2Н4ВА или 18Х2Н4МА) допол­нительно стабилизирует переохлажденный аустенит, а следова­тельно, еще больше увеличивает прокаливаемость стали. В ре­зультате закалки в масле сердцевина деталей приобретает струк-

туру мартенсита. Такие стали применяют для крупных тяжело­нагруженных деталей типа зубчатых колес, осей и др. Эти детали устойчивы к динамическим нагрузкам.

4. Улучшаемые стали

Улучшаемыми конструкционными сталями называют среднеугле-родистые стали, содержащие 0,3—0,5 % углерода и легирующие элементы обычно в количестве не более 5 %, которые используют после операции так называемого «улучшения», состоящей из закалки и высокого отпуска. Закалку таких сталей обычно прово­дят в масле. Температура отпуска составляет 550—650 °С.

После термообработки улучшаемые стали имеют структуру сорбита, хорошо воспринимающую ударные нагрузки.

Улучшаемые стали имеют высокую прочность, вязкость, ма­лую чувствительность к концентраторам напряжений и хорошую прокаливаемость,

В случае сквозной прокаливаемости после одинаковой термо­обработки свойства различных марок улучшаемых сталей близки между собой. Поэтому выбор той или иной марки улучшаемой стали в каждом конкретном случае обусловлен прокаливаемостыо стали, сечением детали и сложностью ее конфигурации, наличием концентраторов напряжений.

Улучшаемые стали могут быть условно разбиты на 5 групп. С увеличением номера группы растет степень легирования и размер сечения, в котором достигается сквозная прокаливаемость (табл 11). В таблице порог хладноломкости представляет темпе­ратуру, при которой в изломе ударных надрезанных образцов не менее 50 % волокнистой составляющей.

Обычное содержание кремния в улучшаемых сталях составляет 0,17—0,37%, марганца—0,5—0,8 %, менее 0,035% Р и S.

К I группе относятся углеродистые стали марок 35, 40, 45, имеющие критический диаметр D₉₅ (до 10 мм), при котором дости­гается сквозная прокаливаемость и в структуре присутствует не менее 95 % мартенсита.

II группа представлена хромистыми сталями марок ЗОХ, 40Х. Критический диаметр составляет D₉₅ = 15ч-20 мм. Недо­статком сталей этой группы являются склонность к отпускной хрупкости второго рода. Для них необходимо быстрое охлажде­ние после отпуска.

В III группу входят хромистые стали, дополнительно легиро­ванные еще одним или двумя элементами: ЗОХМ, 40ХГ, ЗОХГТ (D₉₅ = 20ч-25 мм).

Для увеличения прокаливаемости в хромистые стали допол­нительно вводят марганец (40ХГ) и бор (40ХР); молибден (ЗОХМ) вводят для снижения отпускной хрупкости второго рода.

Высокими свойствами обладают принадлежащие к этой группе стали, называемые хромансилями 20ХГС, ЗОХ ГС.

Эти стали хорошо свариваются при высокой прочности сг_в = 1200 МПа и KCU = 0,4 МДж/м². Их недостатком является склонность к отпускной хрупкости второго рода.

К IV группе относятся хромоникелевые стали, содержащие до 1,5 % Ni: 40XH, 40ХНМ. Их критический диаметр D₉₅ = = 40 мм. Эти стали при пониженной температуре эксплуатации обладают большим запасом вязкости, чем стали предыдущих

групп.

V группу составляют комплекснолегированные стали, содер­жащие 3—4 % Ni: 38XH3M, 38ХНЗМФА. Эти стали, хотя и сравнительно дороги, относятся к лучшим маркам улучшаемых сталей. Критический диаметр D_S5 составляет 100 мм и более при низкой склонности к хрупкому разрушению. Из сталей этой группы изготовляются сложные по конфигурации детали, подвер­гаемые ударным нагрузкам. Их недостаток состоит в склон­ности к флокенообразованию и т рудности обработки реза­нием.