40. Классификация и маркировка легированных сталей.

Углеродистые стали не обеспечивают весь комплекс свойств. Для повышения свойств в стали вводят другие элементы. На практике используют зром, вольфрам, ванадий, титан, марганец, кобальт, цирконий. Если доля легирующих элементов несколько десятков процентов, то стали называются высоколегированными. Если доля легирующих элементов больше, чем железа, то это уже сплав (не сталь).

Классификация легированных сталей по назначению:

- конструкционные

- инструментальные

- со специальными свойствами (коррозионностойкие, жаропрочные, с особыми магнитными свойствами, реостатные, криогенные и др.).

Другие классификации – по структуре в равновесном состоянии, по структуре после нормализации, по химическому составу.

В маркировке легированных сталей фигурируют буквы и цифры. Русские буквы – химический элемент. Цифра – количество элементов в процентах. Если цифра не стоит, значит содержание около 1%. У инструментальных сталей первая цифра – содержание углерода в десятых долях %. У конструкционных – в сотых долях. 40Х, 40Х2Н2, 25ХГТ, 20ХГР, 5ХНМ, 4Х2В2Ф, ХВГ (Х – хром, В – вольфрам, М – молибден, Ф – ванадий, Т – титан, Г – марганец, С – кремний, К – кобальт, Ц – цирконий, Р – бор). 20 ХНА (А – сталь высококачественная, если А стоит вначале – сталь автоматная). «А» может быть и в середине маркировки – наличие азота в сплаве. Бор (Р) вводится в тысячных долях % (потому что сильно охрупчивает сплав). «Р» в начале маркировки – сталь быстрорежущущая, цифра после Р – доля вольфрама. Шарикоподшипниковые стали: ШХ15 (Ш – шарикоподшипниковая сталь, цифра после Х – содержание хрома, например 15=1,5%).

Машиностроительные легированные стали делятся:

а) по применению

- подшипниковые

- пружинные (рессорные)

б) по использованию вида термообработки

- цементируемые

- азотируемые

- улучшаемые

в) по использованию оборудования для деталей

- автоматные

- для листовой штамповки.

41. Цементируемые и улучшаемые машиностроительные конструкционные стали, их термообработка, свойства и применение.

Машиностроительные легированные стали по используемым видам термообработки разделяются на цементируемые, азотируемые и улучшаемые (закалка+высокий отпуск).

Детали из цементируемых конструкционных сталей подвергают ХТО – цементации (науглероживание). Иногда делают нитроцементацию (с добавлением азота аммиака). Это низкоуглеродистые стали (менее 0,3% углерода). Из этих сталей изготавливают большинство деталей зубчатых передач (шестерёнки, червячная передача, шлицы, звёздочки). Цементации подвергают валы, элементы трансмиссии, поршни, цилиндры и т.д. Цель цементации – повысить твёрдость и износостойкость поверхностного слоя (мартенситная структура). Сердцевина остаётся мягкой и пластичной (при ударных воздействиях трещины остаются в вязкой сердцевине). Цементация проводится при 900…930ºС. Диффузия углерода идёт в аустените (max 2,14% углерода). Цементации подвергаются низкоуглеродистые стали. Чем выше t цементации, тем больше углерода на поверхности. При удалении к сердцевине – планое уменьшение углерода. Структура вблизи поверхности – П+Ц_II (У12). Далее зона перлитного характера, затем Ф+П характера. Доля феррита увеличивается по мере удаления от поверхности. Структура в сердцевине – феррит. За толщину принимают зону от поверхности до зоны 0,4% Fe₃C.

После цементации делается закалка 800ºС и низкий отпуск 180…200ºС. Структура – мартенсит отпущенный+аустенит остаточный (до 5%) (+Ц_II возле поверхности). Твёрдость поверхности 62 HRC. Твёрдость низкоуглеродной сердцевины менее 30 HRC. Время цементации – 8-12 часов (толщина 1-1,5 мм).

Сталь 10, 15, 20, 25; 15Х, 20Х, 25Х (легированы хромом); 20ХН, 20ХН3А, 25ХГТ. Чем больше легирующих элементов, тем больше прочность сердцевины. Вместо цементации используется нитроцементация – структура слоя примерно такая же, азот ускоряет процесс создания слоев (870…880ºС). За счёт азота на 15% повышается износотойкость.

Детали из улучшаемых конструкционных сталей подвергаются термообработке – улучшению. Среднеуглеродистые стали (0,35-0,55% углерода). Легирование проводят хромом, марганцем, титаном. 40Х, 40Г, 40 ХН. Делают детали зубчатых передач, валы, оси, детали трансмиссий, цилиндры и т.д.

Высокий отжиг на 50ºС выше А_с3, выдержка и резкое охлаждение в воде, масле. Структура – сорбит. Твердость – 25-35 HRC. Чем больше легирующих элементов, тем выше твёрдость. После улучшения мягкие детали передач подвергают дополнительной термообработке ТВЧ (индукциооный нагрев на глубину 1-1,5 мм и закалка, после которой – низкий отпуск). Нагрев ТВЧ высокоскоростной, точка A_c3 смещается вверх (нагрев под закалку 900ºС). Потом формируется композиционная структура – на поверхности мартенсит, в сердцевине – сорбит (вязкий, нетвёрдый). Твёрдость на повехности – 60 HRC, внутри – 30 HRC. Повышенная надёжность работы. Недостаток – повышенная хрупкость. Трещины застревают в вязкой сердцевине. Реализуются те же задачи, что и при цементации. Улучшаемые стали часто подвергают азотированию вместо ТВЧ. При 500…550ºС (на уровне отпуска под улучшение) на поверхности появляется износостойкий слой. Высокая твёрдость повехностного слоя – если сталь содержит определённый легирующий комплекс. Образуются высокотвёрдые нитриды на поверхности. Под азотирование разрабатывают специальные стали – нитраллои (38Х2МЮА). В них есть хром, молибден, титан, ванадий, что даёт повышенную прочность после азотирования. После азотирования термообработка не проводится. Вместо азотирования проводят цианирование при 500…550ºС. Диффундирует азот, углерод незначительно.