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.