Стали для деталей с повышенной твердостью поверхности при вязкой сердцевине

<1 234 5 6 7 >

Данную группу сталей подразделяют на цементуемые, нитроцементуемые, азотируемые и упрочняемые поверхностной закалкой (в основном закалкой ТВЧ). Цементации н нитроцементации подвергают различные детали: шестерни, зубчатые колеса, червяки, оси, рычаги переключений. Нитроцементации

подвергают подшипники качения, мерительный, калибрующий и режущий инструмент. Химический состав, термическая обработка и механические свойства некоторых цементуемых и нитроцементуемых сталей приведены в табл.5 и б по ГОСТ 4543-71. Области применения сталей этой группы приведены в табл.7.

Таблица 5

Химический состав и термическая обработка некоторых цементуемых

и нитроцементуемых сталей

Марка стали	Содержание элементов, мас. %	Термообработка
С	Mn	Cr	Ni	Другие	T_зак_., °С, среда	t_отп_., °С, среда
					б
15Х	0,12-0,18	0,4-0,7	0,7-1,0	-	-	800, в.m.	180, вх., м.
20Х	0,17-0,23	0,5-0,8	0,7-1,0	-	-	880, в.м.; 770-820, в.м.	180, вх., м.
15ХФ	0,12-0,18	0,4-0,7	0,8-1,1	-	0,06-0,12 V	880, в.м.; 760-810, в.м.	180, вх., м.
18ХГТ	0,17-0,23	0,8-1,1	1,0-1,3	-	0,03-0,09 Ti	880-950, вх.; 850, м.	200, вх., м.
20ХГР	0,18-0,24	0,7-1,0	0,7-1,0	-	0,001-0,005 В	880, м.	200, вх., м.
20ХН	0,17-0,23	0,4-0,7	0,45-0,75	1,0-1,4	-	800, в.m.; 760-810, в.м.	180, вх., м.
20ХНР	0,16-0,23	0,6-0,9	0,7-1,1	0,8-1,1	0,001-0,005 В	930-950, вх.; 780-830, м.	200, вх., м.

Продолжение таблицы 5


20ХГНР	0,16-0,23	0,7-1,0	0,7-1,1	0,8-1,1	0,001-0,005 В	930-950, м.; 780-830, м.	200, вх., м.
20ХГНТР	0,18-0,24	0,8-1,1	0,4-0,7	0,4-0,7	0,03-0,09 Тi, 0,001-0,005 В	850, м.	200, м.
25ХГТ	0,22-0,29	0,8-1,1	1,0-1,3	-	0,03-0,09 Ti	880-950, вх.; 850, м.	200, в.м.
25ХГМ	0,23-0,29	0,9-1,2	0,9-1,2	-	0,2-0,3 Мо	860, м.	200, вх.
30ХГТ	0,24-0,32	0,8-1,1	1,0-1,3	-	0,03-0,09 Ti	880-950, вх.; 850, м.	200, м.
12ХНЗА	0,09-0,16	0.3-0,6	0,6-0,9	2,75- 3,15	-	860 м.; 760-810, м.	180, вх., м.
12Х2Н4А	0,09-0,15	0,3-0,6	1,25-1,65	З,25-3,65	-	860, м.; 760-810, м.	180, вх., м.
20Х2Н4А	0,16-0,22	0,3-0.6	1,25-1,65	3,25-3,65	-	860, м.; 760-810, м.	180, вх., м
15ХГН2ТА	0,13-0,18	0,7-1,0	0,7-1,0	1,4-1,8	0,03-0,09 Ti	960, вх; 840, м.	180, вх., м
18Х2Н4МА	0,14-0,20	0,25-0,55	1,35-1,65	4,0-4,4	0,3-0,4 Mo	950, вх.; 860, вх.	200, вх., м
18Х2Н4ВА	0,14-0,20	0,25-0,55	1,35-1,65	4,0-4,4	0,8-1,2 W	950, вх.; 860 вх.	200, вх., м

Принятые обозначения охлаждающих сред: в. – вода, м. – масло, вх. – воздух.

Таблица 6

Свойства цементуемых и нитроцементуемых сталей

Марка стали	Механические свойства	Твердость НВ после отжига, не более	Максимальное, сечение детали, мм
s_0,2	s_В	d	y	КСU, Дж/см²
МПа	%
не менее

15Х
20Х
15ХФ
18ХГТ
20ХГР					40-60

Продолжение таблицы 6


20ХН
20ХНР		40-60
20ХГНР		60-80
20ХГНТР		60-80
25ХГТ		60-80
25ХГМ		60-80
30ХГТ		60-80
12ХН3А		60-80
12Х2Н4А		100-120
20Х2Н4А		100-120
15ХГН2ТА	-	50-70
18Х2Н4МА		>120
18Х2Н4ВА		>120

Таблица 7

Применение цементуемых и нитроцементуемых сталей

Марки сталей	Применение

15Х, 15ХА, 2ОХ	Поршневые пальцы, кольца, распределительные и червячные валы, толкатели клапанов, копиры, ролики толкателей автотракторных двигателей
18ХГТ	Зубчатые колеса коробок передач автомобилей и тракторов, ведомое зубчатое колесо бортовой передачи трактора
25ХГМ, 25ХГТ	Зубчатые колеса коробок передач грузовых автомобилей ЗИЛ, зубчатое колесо включения заднего моста автомобиля УАЗ 3451 Д
30ХГТ	Зубчатые колеса коробки передач грузовых автомобилей, раздаточных коробок главной передачи автомобилей и автобусов, цилиндрические и конические зубчатые колеса редуктора заднего моста грузовых автомобилей
20ХГР	Зубчатые колеса, кулачковые муфты, валы-шестерни, червяки, пальцы
12ХНЗА, 20ХНЗА	Ведущие зубчатые колеса электровозов и моторных вагонов, поршневые пальцы, распределительные валики и оси
12Х2H4A, 20Х2Н4А	Зубчатые колес, валы-шестерни, шлицевые валы, силовые шпильки
18Х2Н4МА, 14Х2Н3МА, 18Х2Н4ВА	Коленчатые тяжело нагруженные валы с поверхностно упрочненными шейками, ответственные крупногабаритные зубчатые колеса, шестеренные валы

Продолжение таблицы 7


15ХГН2ТА, 15Х2ГН2ТА	Зубчатые колеса, коленчатые валы с цементуемыми шейками, шатуны с цементуемой внутренней поверхностью
20ХГНТР	Ответственные детали автомобилей: крестовины кардана, рычаги, зубчатые колеса
25Х2ГНТА	Валы-шестерни, пальцы, ролики, зубчатые колеса, оси и др. детали, работающие при больших скоростях и ударных нагрузках

Для азотирования наиболее широко используются стали 38Х2Ю и 38Х2МЮА. Химический состав в механические свойства этих сталей по ГОСТ 4543-71 приведены в табл.8 и 9. Механические свойства стали 38Х2МЮА при повышенных температурах приведены в табл.10.

Таблица 8

Химический состав сталей для азотирования

Сталь	Содержание элементов, мас. %
С	Si	Mn	Cr	Al	Mo
38Х2Ю	0,35-0,43	0,2-0,4	0,2-0,5	1,5-1,8	0,5-0,8	-
38Х2МЮА	0,35-0,42	0,2-0,45	0,3-0,6	1,35-1,65	0,7-1,1	0,15-0,25

Таблица 9

Термическая обработка и свойства азотируемых сталей

Сталь	Температура, ^оС	Механические свойства
закалки	отпуска	s_0,2	s_В	d	y	КСU, Дж/см²	Твердость НВ после отжига
МПа	%
38Х2Ю								до 229
38Х2МЮА								до 229

Таблица 10

Свойства стали 38Х2МЮА при повышенных температурах

Температура, ^оС	s_0,2	s_В	d, %
МПа

			19,0
			15,0

Продолжение таблицы 10


			16,5
			21,0
			25,0

Азотирование существенно влияет па свойства этих сталей. Механические свойства сталей после азотирования в деталях толщиной до 60 мм приведены в табл.11. Видно, что особенно заметно возрастает предел выносливости s_-1 (до азотирования он составляет 450...480 МПа).

Сталь 38Х2Ю применяется для трущихся деталей приборов, деталей вспомогательных узлов машин и приспособлений (копиры, плунжеры, направляющие втулки кондукторов, валики водяных насосов).

Таблица 11

Свойства сталей после азотирования

Сталь	s_0,2	s_В	d, %	КСU Дж/см²	s_-1, МПа	Твердость
МПа	НВ сердцевины	HV поверхности
38Х2Ю							800-1000
38Х2МЮА.							850-1050

Применение стали 38Х2МЮА: ответственные детали турбин и двигателей (штоки клапанов, гильзы цилиндров, рессоры, втулки, толкатели игл форсунок, тарелки букс, распылители, пальцы, распределительные валики, зубчатые колеса, шпиндели), детали точного машиностроения и приборостроения, от которых требуются большая поверхностная твердость, износостойкость и повышенный предел выносливости.

Выбор сталей, упрочняемых поверхностной закалкой, проводится в основном по содержанию углерода. Чаше всего используют стали с 0,4...1,0%С. Для поверхностной закалки ТВЧ в основном применяются стали 40, 45 и 40Х с целью обеспечения высокой контактной прочности и износостойкости деталей.

В настоящее время проводят также объемно-поверхностную закалку (при глубинном индукционном нагреве) для сталей с регламентируемой прокаливаемостыо 55ПП, 47ГТ, ШХ4РП Такой метод обеспечивает более высокую конструктивную прочность. Его применяют для тяжело нагруженных деталей, подвергаемых высоким изгибающим, крутящим и контактным нагрузкам, а также для деталей сложной формы (зубчатых колес, крестовин, деталей подшипников качения). После глубинного индукционного нагрева и интенсивного охлаждения образуется твердый (~ HRC 60) и прочный поверхностный слой и упрочненная сердцевина (HRC 30...40).

Ниже приведено описание применения различных марок поверхностно закаливаемых сталей.

Сталь 55ПП (сталь 58) (ГОСТ 1050-88) применяется для деталей с тонким сечением рабочего элемента и глубиной закаленного слоя 1,5...2,5 мм (тяжело нагруженные зубчатые колеса, трубчатые втулки, поршневые пальцы и др.).

Сталь 47ГТ (ТУ 14-105-233-78) применяется для валов и осей диаметром 40...60 мм, в том числе автомобильных осей с глубиной закаленного слоя 5...7 мм.

Сталь ШХ4РП (ГОСТ 801-78) применяется для колец, роликов и шариков тяжело нагруженных подшипников качения с толщиной 12...20 мм и глубиной закаленного слоя 2,5...3,5 мм.

Химические составы сталей регламентируемой прокаливаемости приведены в табл.12.

.Таблица 12

Составы сталей регламентируемой прокаливаемости

Сталь	Содержание элементов, мас. %
С	Si	Mn	Сг	Ni	Cu	Р	S
не более
55ПП	0,55-0,63	0,10-0,30	до 0,2	до 0,15	0,25	0,25	0,035	0,04
47ГТ	0,44-0,51	0,10-0,22	0,9-1,2	до 0,3	0,25	0,20	0,04	0,04
ШХ4РП	0,5-1,05	0,15-0,30	0,15-0,30	0,35-0,40	0,30	0,25	0,02	0,027

Механические свойства стали 55ПП приведены в табл.13 после закалки с индукционным нагревом до 850°С и отпуском при 180°С (образец диаметром б мм) и после нормализации при 850°С (заготовка диаметром 130 мм).

Таблица 13

Механические свойства стали 55ПП

Термическая обработка	Свойства
s_0,2	s_В	d	y	КСU, Дж/см²	Твердость HRC
МПа	%
Закалка с отпуском	1900-2100	2100-2300	3-5	25-30	20-40	57-58
Нормализация

Стали 40 и 45 применяются для коленчатых и распределительных валов тракторов (с закалкой ТВЧ опорных шеек до HRC 54-62), для полуосей грузовых автомобилей ГАЗ, кулачков и зубчатых колес с умеренной контактной прочностью.

Стали с высокой конструктивной прочностью по всему сечению изделия

Для изделий из таких сталей характерными являются сквозная прокаливаемость, высокие значения предела прочности и предела выносливости, ударной вязкости и некоторых других характеристик. Высокие значения прочностных свойств и ударной вязкости обеспечиваются термическим улучшением (закалкой от 820...880°С и отпуском при 550...680°С). Улучшаемые углеродистые стали содержат 0,3...0,5%С, легированные – 0,2...0,5%С. Углеродистые стали 30..50 целесообразно использовать для деталей небольшого сечения (до 15 мм). Для более крупных деталей используют легированные стали, а их закалку проводят в масле.

Улучшаемые легированные стали (ГОСТ 4543-71) подразделяют по химическому составу на хромистые (30Х...50Х, 38ХА), хромомарганцевые (например, 40ХГ), хромокремнемарганцевые (хромансилы 20ХГС, 25ХГС, 30ХГС, 30ХГСНА, 30ХГСНМА), хромоникелевые (40ХН, 30ХН3А), хромоникелевые с молибденом и ванадием (40ХН2МА, 36Х2Н2МФА, 38ХН3МФА) и другие (40ХС, 30ХМ, 40ГТР, 40ХФА и т.д.). Химические составы, термическая обработка и механические свойства некоторых легированных улучшаемых сталей приведены в табл.14 н 15, а их применение – в табл.16. Полосы прокаливаемости этих сталей приведены в приложении.

Таблица 14

Химические составы и термическая обработка некоторых

легированных улучшаемых сталей

Марка стали	Содержание элементов, мас. %	Термообработка
С	Mn	Cr	Ni	Другиеэлементы	t_зак., среда	T_отп., среда

20ХГСА	0,17-0,23	0,8-1,1	0,8-1,1	-	0,9-1,2 Si	880, м.	500, в.м.
30Х	0,24-0,32	0,5-0,8	0,8-1,1	-	-	860, м.	500, в.м.
30ХГСА (30ХГС)	0,28-0,35	0,8-1,1	0,8-1,1	-	0,9-1 ,2 Si	880, м	540, в.м.
30ХМА (30ХМ)	0,26-0,34	0,4-0,7	0,8-1,1	-	0,15-0,20 Mo	880, м.	540, в.м.

Продолжение таблицы 14


30ХНЗА	0,27-0,33	0,3-0,6	0,6-0,9	2,75-3,15	-	820, м.	530, в.м.
33ХС	0,29-0.37	0,3-0,6	1,3-1,6	-	l,0-1,4 Si	920, в.м.	630, в.м.
36Х2Н2МФА	0,33-0,40	0,25-0,50	1,3-1,7	1,3-1,7	0,2-0,3 Mo, 0,1-0,18 V	850, м.	600, вх.
38ХСА (38ХС)	0,34-0,42	0,3-0,6	1,3-1,6	-	1,0-1,4 Si	900, м.	630, м.
38ХН3МФА	0,33-0,40	0,25-0,50	1.2-1.5	3,0-3,5	0.35-0,45 Мо, 0,1-0,18 V	850, м.	600. их
40Х	0,36-0,44	0,5-0,8	0,8-1,1	-	-	860, м.	500, в.м.
40ХР	0,37-0,45	0,4-0,7	0,8-1,1	-	0,002-0,005 В	860, м.	540, в.м.
40ХГР	0,37-0,45	0,7-1,0	0,8-1,1	-	0,002-0,005 В	850, м.	550-600, в.м.
40ХГТР	0,38-0,45	0,7-1,0	0,8-1,1	-	0,002-0,005 В, 0,03-0,09Ti	840, м.	550, в.м.
40ХН	0,36-0,44	0,5-0,8	0,45-0,75	1,0-1,4	-	820, м.	550, в.м.
40ХНР	0.35-0,42	0,6-0,9	0,6-0,9	0,4-0,8	0,002-0,005 В	860, м.	500, в.м.
40ХФА	0,37-0,44	0,5-0,8	0,8-1,1	-	0,1 –0,18 V	880, м.	650, в.м.
40ХНМА	0,37-0,44	0,4-0,7	0,6-0,9	1,2-1,6	0,15-0,25 Mo	850, м.	620, в.м.
40ХН2МА	0,37-0,44	0,5-0,8	0,6-0,9	1,25-1,65	0,15-0,25 Mo	850, м.	620, в.м.
45Г2	0,41-0,49	1,4-1,8	0,3	-	-	840, в.	600, в.
45ХН2МФА	0,42-0,50	0,6-0,8	0,8-1,1	1,3-1,8	0,1-0,18 V	860, м.	480, м.
50Х	0,45-0,54	0,5-0,8	0,8-1,1	-	-	830, м.	520, в.м.
50ХН	0,46-0,54	0,5-0,8	0,45-0,75	1,0-1,4	-	820, м.	530, в.м.

Принятые обозначения охлаждающих сред:в. – вода, м. – масло, вх. – воздух.

Таблица 15

Механические свойства некоторых легированных улучшаемых

сталей

Марка стали	Свойства	Порог хладноломкости, °С
s_0,2	s_В	d	y	KCU, Дж/см²	Твердость НВ
после отжига, не более	после улучшения
МПа	%
не менее	t_B	t_H
20ХГСА						241-311	-	-
30Х						229-277		-100
30ХГСА (30ХГС)					(45)	248-321		-60
30ХМА (30ХМ)			12 (11)	50 (45)	(80)	248-321	-	-
30ХН3А						255-321	-40	-120
33ХС						255-321	-	-
36Х2Н2МФА						293-331	-60	-140
38ХСА (38ХС)					(70)	285-321	-	-
38ХНЗМФА						293-331	-60	-140
40Х						248-293		-100
40ХР						248-302		-70
40ХГР						248-302		-60
40ХГТР						248-302		-60
40ХН						235-277	-30	-100
40ХНР						293-331		-80
40ХФА						262-321		-100
40ХНМА						293-331	-40	-120
40ХН2МА						293-331	-40	-120
45ХН						255-302	-30	-100
45Г2						277-331	-	-
45ХН2МФА						до 415	-	-
50Х						248-302		-100
50ХН						248-302	-30	-100

Таблица 16

Применение легированных улучшаемых сталей

Сталь	Применение
20ХГСА, 25ХГСА	Валики, оси, детали сварных конструкций (стали обладают повышенной прочностью при умеренной вязкости и пластичности)
30Х, 35Х, 30ХР	Оси, валики, рычаги, болты, гайки и другие некрупные детали, а также зубчатые колеса, валы, ответственные нагруженные шпильки
38ХА., 40Х	Коленчатые валы, фрикционные диски, неазотируемые гильзы цилиндров, шатунные болты и гайки, впускные клапаны, коромысла клапанов и др.
30ХГС, 30ХГСА, 35ХГСА	Тормозные ленты моторов, фланцы, корпуса, обшивки, лопасти компрессорных машин, рычаги, толкатели, детали сварных конструкций, работающие при знакопеременных нагрузках
30ХМ, 40ХМА	Крепежные детали и диски турбин, фланцы трубопроводов, работающие при температуре до 400°С, сварные конструкции
40ХФА	Валы, оси, втулки, траверсы, зубчатые колеса, крепежные детали трубопроводов высокого давления, работающие при температурах до 400°С
40ХГТР	Валы, кулачки, звездочки, оси, рычаги в автотракторном и сельскохозяйственном машиностроении, ведущие мосты автомобиля ЗИЛ
40ХН	Шатуны, зубчатые колеса, валы экскаваторов, муфты, рычаги и др. ответственные детали, подвергающиеся вибрационным и динамическим нагрузкам
30ХГСН2А	Тяжело нагруженные пальцы, фланцы, кулачки, шестерни и др. Применяются при отрицательных температурах (-30°С)
40ХН2МА, 40Х2Н2МА	Коленчатые валы, шатуны, крышки шатунов, шестерни, клапаны, шпильки, муфты и другие детали в автомобиле- и станкостроении
30ХН2МФА, 35ХН3МФА	Валы, детали редукторов, тяжело нагруженные детали компрессорных машин, работающие при температурах до 450°С
36Х2Н2МФА45ХН2МФА	Торсионные валы, зубчатые колеса, звездочки, гребные винты, роторы турбин
40ХМФА	Шлицевые валы, штоки, шатуны, крепежные детали трубопроводов, работающие при температуре до 450°С
45Г2	Карданные валы, полуоси, червяки, шатуны (в автотракторостроении), трамвайные, вагонные и паровозные оси, шестеренчатые валы, коленчатые валы
45Х, 50Х	Валы, оси, зубчатые колеса, пальцы
45ХН	Коленчатые валы, шатуны, шестерни, шпиндели, муфты, болты