Машиностроительные стали

подразделяются на 3 группы:

- цементуемые малоуглеродистые (С до 0,3%)

- улучшаемые (среднеуглеродистые, С от 0,3 до 0,55%)

- пружинные (с повышенным содержанием углерода от 0,55 до 0,85%)

С добавлением легирующих элементов содержание углерода может быть сдвинуто к меньшим значениям.

Цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали.

Цементацию (нитроцементацию) широко применяют для упрочнения среднеразмерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и многих др. деталей.

Применяются стали, содержащие 0,10-0,25% С и N. Для получения наследственной мелкозернистости, чтобы не росло зерно при высоких температурах и длительных выдержках в процессе насыщения С и , сталь микролегируют V, Ti, Nb, Zr и Al. Образуются дисперсные карбиды, нитриды или карбонитриды, препятствующие росту зерна.

Степень легированности другими элементами (Cr, Mn, Ni, Mo) определяется теми нагрузками, которые должна выдерживать деталь в процеесе эксплуатации. Легированные стали подбирают так, чтобы они имели сквозную прокаливаемость, и полученный мартенсит в сердцевине будет тем прочнее, чем больше в нем легирующих элементов. Поэтому цементуемые стали подразделяются на 3 группы:

1) С неупрочняемой сердцевиной (нелегированные)

2) Со слабоупрочняемой сердцевиной (малолегированные)

3) С сильно упрочняемой сердцевиной (высоколегированные).

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначаются для изготовления небольших изделий простой формы. В сердцевине при закалке получается бейнит, поэтому по сравнению с нелегированными сталями хромистые стали более прочные.

Для крупных деталей ответственного назначения, испытывающих при эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые стали, иногда с добавками молибдена или вольфрама (12ХНЗА, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА). Они малочувствительны к перегреву при цементации, имеют очень высокую прокаливаемость, что позволяет использовать при закалке охлаждающую среду масло и даже воздух. Например, сталь 18Х2Н4МА закаливается на воздухе сечением 150-200 мм, при этом в сердцевине получается структура малоуглеродистого легированного мартенсита или нижнего бейнита, что приводит к значительному упрочнению при высокой вязкости и низком пороге хладноломкости (-80⁰С). Недостаток этих сталей – большое количество остаточного аустенита в поверхностном цементованном слое, который снижает твердость и прочность. Устраняется аустенит обработкой холодом (до -120⁰С) или сложной термической обработкой. К недостаткам этих сталей можно отнести и плохую обрабатываемость резанием.

Для замены дорогого и дефицитного никеля используется марганец, поэтому хромомарганцевые стали используются вместо хромоникелевых. Для уменьшения склонности к перегреву их легируют титаном. В автомобильной и тракторной промышленности, в станкостроении применяют стали 18ХГТ и 25ХГТ. Эти стали при цементации подвержены «внутреннему окислению», т.к. Cr и Mn (а также Si) более активно соединяются с кислородом, чем железо, и при цементации в сталь может диффундировать не только углерод, но и кислород. Окисление легирующих элементов приводит к тому, что при закалке в цементованном слое образуются трооститная сетка и оксиды, что понижает твердость и прочность стали. Поэтому для ответственных случаев применяется сталь 25ХГМ, а также стали, дополнительно легированные Ni. Например, на ВАЗе широко применяют стали 20ХГНМ, 19ХГН, 14ХГН.

Новые стали для цементации: 25ХГНМТ, 25ХГНМАЮ, 20ХГН2МБФ имеют высокие показатели прочности и выносливости.

Легирование бором (0,001-0,005%) увеличивает прокаливаемость и прочность стали, поэтому для не очень ответственных деталей (износ при трении) используются марки 20ХГР, 20ХГНР кА более дешевые.