Стали для деталей с повышенной твердостью поверхности при вязкой сердцевине


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 Tзак., °С, среда tотп., °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
s0,2   sВ 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 s0,2 sВ 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 s0,2 sВ 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 s0,2 sВ 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
s0,2 sВ 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 tзак., среда Tотп., 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  
s0,2 sВ d y KCU, Дж/см2 Твердость НВ  
после отжига, не более после улучшения  
МПа %  
не менее tB tH  
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

 


Дата добавления: 2021-10-28; просмотров: 1114;

Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.024 сек.