11.6. Конструкционные (машиностроительные) цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали

        Цементацию (нитроцементацию) широко применяют для упрочнения средне размерных зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин.         Применяются только низкоуглеродистые стали, повышая их прокаливаемость введением легирующих элементов, таких как хром и марганец. Для измельчения зерна цементуемые стали микролегируют V, Ti, Nb, Zr, Al и N, которые, образуя карбиды, карбонитриды и нитриды, задерживают рост аустенитного зерна. Для тяжелонагруженных деталей следует применять стали, легированными никелем (до 4 %), повышающий пластичность мартенсита, и молибденом (до 0,8 %), резко повышающий прокаливаемость цементованного слоя. Никель и молибден в отличии от марганца хрома не склонны к внутреннему окислению, которая снижает прокаливаемость цементованного слоя и ухудшает механические свойства.         В таблице 20 приведены состав, режимы термической обработки и механические свойства наиболее часто применяемых цементуемых сталей, предназначенных для изготовления изделий, работающих на износ в условиях знакопеременных ударных нагрузок.         Хромистые стали. Хром сравнительно дешевый элемент и широко используется для легирования стали. (15Х, 20Х), При закалке с охлаждением в масле, выполняемой после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.         Хромованадиевые стали. Введение ванадия (20ХФ) в пределах 0,1-0,2 % улучшают механические свойства и менее склонны к перегреву, малая прокаливаемость.         Хромоникелевые стали. Хромоникелевые стали обладают высокой прочностью, пластичностью. Повышают вязкость сердцевины и цементуемого слоя. Малочувствительны к перегреву.         Хромомарганцевые стали. Марганец, сравнительно дешевый элемент, применяется как заменитель в стали никеля. Они применяются вместо дорогих хромоникелевых, хотя эти стали менее устойчивые к перегреву и имеют меньшую вязкость. Введение титана уменьшает склонность стали к перегреву (18ХГТ, 25 ХГТ) Хромомаргацевоникелевые стали. Повышение прокаливаемости и прочности хромомарганцевых сталей достигается дополнительным легированием их никелем.         На ВАЗе широко применяются стали 20ХГМН (0,18-2,3 %C, 0,7-1,1 % Mn, 0,4 -0,7 %Cr, 0,15-0,25 % Mo), а также 19ХГН и 14ХГН, содержащие по 0,8 - 1,1 % Mn, Cr и Ni. После закалки и низкого отпуска эти стали имеют следующие механические свойства ( таблица 21) Таблица 21

Механические свойства сталей 20ХГМН, 19ХГН и 14ХГН

                 Стали, легированные бором. Для цементации (нитроцементации) используют так же сталь, содержащая бор (0,001-0,005 %). Бор повышает устойчивость переохлажденного аустенита в области перлита и поэтому увеличивает прокаливаемость, только для доэвтектоидных сталей, но не улучшает прокаливаемость цементованного слоя. в промышленности применяют сталь 20ХГР, а также сталь 20ХГНР Таблица 22

Механические свойства сталей 20ХГР и 19ХГНР