Цементуемыми являются стали: Глава 6.5 / 6.5.3. Цементуемые стали

alexxlab | 25.03.1992 | 0 | Разное

Содержание

Цементуемые стали | Учебные материалы

Детали, работающие в условиях поверхностного износа, испытывающие циклические и динамические нагрузки, подвергают цементации. Для этого используют малоуглеродистые стали, содержащие 0,1…0,3% С. К ним относятся стали марок 15Х, 20Х, 15ХФ, 15ХР, 20ХН, 20ХГР, 30ХГТ, 12ХН3А, 12Х2Н4, 18Х2Н4В.

Хромистые стали 15Х, 20Х предназначаются для изготовления небольших изделий простой формы, цементуемых на глубину 1,0…1,5 мм. Они по сравнению с углеродистыми сталями обладают более высокими прочностными свойствами при несколько меньшей пластичности в сердцевине и лучшей прочности в цементованном слое. Прокаливаемость хромистых сталей невелика.

Хромованадиевые стали (20ХФ) менее склонны к перегреву, имеют лучше механические свойства. Ванадий (0,1…0,2 %) способствует получению более мелкого зерна, что улучшает пластичность и вязкость. Применяют для сравнительно небольших деталей.

Хромоникелевые стали (20ХН, 12ХН3А) применяют для деталей средних размеров, испытывающих при работе высокие удельные нагрузки. Никель увеличивает глубину закаленного слоя, препятствует росту зерна. Стали, дополнительно легированные вольфрамом (18Х2Н4ВА), применяют для изготовления крупных тяжелонагруженных деталей.

Хромомарганцевые стали. Марганец — сравнительно дешевый элемент и применяется как заменитель в стали никеля. Как и хром, марганец растворяется в феррите и цементите. Он снижает критическую скорость закалки и повышает прокаливаемость. Введение небольшого количества титана, образующего труднорастворимые в аустените карбиды TiС, уменьшает склонность стали к перегреву. Стали 18ХГТ, 25ХГТ, 25ХГМ применяются в автомобильной, тракторной промышленности, станкостроении.

Хромомарганцевоникелевые стали. Дополнительное легирование никелем повышает прокаливаемость и прочность стали. После закалки и низкого отпуска поверхностный слой сталей 14ХГН, 19ХГН, 20ХГНМ имеет прочность sigmaв = (1100…1200) МПа, сталь марки 25ХГНМАЮ имеет предел прочности при изгибе после цементации 2500 МПа.

Стали, легированные бором. Его вводят в количестве 0,001…0,005 %. Бор повышает устойчивость переохлажденного аустенита в области перлитного превращения и поэтому увеличивает прокаливаемость стали. Бор повышает прочностные свойства после закалки и низкого отпуска, не изменяя или несколько снижая вязкость и пластичность. Для деталей, работающих в условиях износа при трении, применяют стали марок 20ХГР, 20ХГНР. Например, механические свойства стали 20ХГНР: sigmaв = 1300 МПа, sigma0,2 = 1200 МПа, d = 10 %, КСU = 0,9 МДж/м2 (ударная вязкость при U — образном концентраторе).

ЦЕМЕНТУЕМЫЕ СТАЛИ

Цементуемые стали

При работе деталей под действием динамических нагрузок в усло­виях поверхностного износа для их изготовления применяют низ­коуглеродистые стали, содержащие обычно не более 0,2 % С, подвергая их цементации, закалке и низкому отпуску.
Твердость поверхности готовой детали должна составлять около ИКС 60. В отличие от слабо­прокаливающихся углеродистых сталей при цементации и термо­обработке легированных сталей происходит дополнительное упроч­нение сердцевины. Это упрочнение тем больше, чем более легиро­вана сталь.

В зависимости от степени упрочняемости сердцевины разли­чают три группы цементуемых сталей:

  • с неупрочняемой сердцевиной

  • со слабо упрочняемой сердцевиной

  • с сильноупрочняемой сердцевиной

К первой группе относятся углеродистые стали марок 10, 15, 20. Их применяют для малоответственных деталей с неупроч­няемой сердцевиной и деталей небольших размеров. Под цемен­тованным слоем при закалке аустенит превращается в феррито-перлитную смесь.

Вторую группу составляют низколегированные хромистые стали марок 15Х, 20Х, имеющие слабоупрочняемую сердцевину. Дополнительное легирование малыми добавками ванадия (сталь 15ХФ) позволяет получить более мелкое зерно, что улучшает пла­стичность и вязкость стали.

Стали третьей группы используют для изготовления деталей, испытывающих значительные ударные нагрузки, имеющих большее сечение или сложную конфигурацию или подвергающихся дей­ствию больших знакопеременных напряжений. В состав этих сталей вводят никель: 20ХН, 12ХНЗА, 12Х2Н4А. Ввиду его дефицитности никель иногда заменяют марганцем, вводя, кроме того, небольшое количество титана или ванадия для измельчения зерна (18ХГТ).

Легирование хромоникелевых сталей вольфрамом или молибде­ном (например, сталь марки 18Х2Н4ВА или 18Х2Н4МА) допол­нительно стабилизирует переохлажденный аустенит, а, следова­тельно, еще больше увеличивает прокаливаемость стали. В ре­зультате закалки в масле сердцевина деталей приобретает структуру мартенсита. Такие стали применяют для крупных тяжело нагруженных деталей типа зубчатых колес, осей и др. Эти детали устойчивы к динамическим нагрузкам.

1. Цементуемые стали | Металлолом

Цементация стали осуществляется путем поверхностного насыщения изделия угле­родом до эвтектоидной или заэвтектоид – ной концентрации. Конечные свойства изделий до­стигаются в результате последующей термической обработ­ки. При цементации наиболее существенно изменяются поверхностная твердость, износостойкость и усталостная прочность изделий. Глубина цементованной зоны может быть различна для разных деталей и составляет 0,3— 2,5 мм в зависимости от размеров и назначения изделия.

Цементацию проводят в твердой, жидкой и газовой сре­дах, наибольшее развитие получила газовая цементация. Цементация является трудоемким и длительным процессом, поэтому в последнее время применяют разные способы ин­тенсификации этого процесса: ионную цементацию, цемен­тацию в активизированных газовых средах, в электропро­водном кипящем слое, в виброкипящем слое и др.

Цементации подвергают низкоуглеродистые стали с со­держанием углерода 0,08—0,25 %, что обеспечивает полу­чение вязкой сердцевины. Для некоторых высоконагружен – ных деталей (зубчатые колеса и др.) содержание углерода в стали может быть повышено до 0,35 % . С повышением содержания углерода в стали уменьшается глубина цемен­тованного слоя, увеличивается прочность и понижается вяз­кость сердцевины.

Цементацию проводят при температурах выше точки Аз в аусте – нитной области. Температурный интервал цементации составляет 920— 980 “С. Имеется положительный опыт применения для некоторых легиро­ванных сталей высокотемпературной цементации при 980—1050 °С. Прн этом значительно ускоряется процесс цементации вследствие увеличе­ния коэффициента диффузии углерода, однако одновременно растет зер­но аустенита и увеличивается коробление деталей. Поэтому для высо­котемпературной цементации необходимо применять стали с наследст – венномелким зерном илн легировать сталь элементами, замедляющими рост аустенитного зерна при нагреве (тнтан, ванадий).

Термическая обработка нзделнй после цементации заключается в закалке н низкотемпературном отпуске, причем закалка может осуще­ствляться непосредственно от температуры цементации (одинарная тер­мическая обработка) или после охлаждения от температуры цемента­ции (в этом случае часто применяют охлаждение на воздухе — норма­лизацию) и повторного нагрева до температуры несколько выше точки Аз с последующей закалкой и отпуском (двойная термическая обработ­ка). Закалку от температуры цементации часто применяют после под- стужнвания до 840—860 dC с целью уменьшения коробления изделий.

Химический состав и механические свойства качествен­ных цементуемых углеродистых конструкционных сталей регламентируется ГОСТ 1050—74, а легированных ГОСТ 4543—71.

В табл. 16 приведены химический состав и гарантируе­мые механические свойства некоторых легированных конст­рукционных сталей, применяемых для цементации.

Таблица 16. Состав и механические свойства (не менее)

Содержание основных элементов, %

Марка стали

С

Mn

Cr

Nl

Другие элементы

15Х

18ХГТ

20ХГР

ЗОХГТ

15ХФ

20ХН

12ХНЗА

20ХГНР

18Х2Н4МА

0,12—0,18:

0,17—0,23,”

0,18-0,241

0,24—0,32

0,12—0,18*

0,17—0,23′

0,09—0,16

0,16—0,23

0,14—0,20

0,3—0,9 0,8—1,1 0,7-1,0 0,8—1,1 0,3—0,8 0,3—0,8 0,3—0,8 0,7—1,0 0,3—0,8

0,7-1,0 1,0—1,3 0,75—1,05 1,0—1,3 0,8—1,1 0,45—0,75 0,6—0,9 0,7—1,0 1,35—1,65

<0,3 <0,3 <0,3 <0,3 <0,3 1,0-1,4 2,75—3,15 0,8—1,1 4,0—4,4

0,03—0,09Ti 0,001-0,005В 0,03—0,08Ti 0,06-0,12V

0,001—0,005В 0,3—0,4Мо

Примечания: I. Условные обозначения охлаждающей среды: в — вода, 2. Механические свойства приведены после термической обработки ио ука-

Легирующие элементы влияют на скорость процесса це­ментации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне. Некарбидообразующие элементы, такие как никель, кремний, кобальт, ускоряют диффузию углерода в аустените при 950 0C. В то же время эти элементы снижают растворимость углерода в аустените и тем самым уменьшают максимальное содержание угле­рода в поверхностном слое. Наиболее сильно ускоряет диф­фузию углерода в аустените и понижает содержание угле­рода в цементованном слое кремний. Однако при более вы­соких температурах (1000, 1100°С) кремний уменьшает коэффициент диффузии углерода в аустените.

Как правило, карбидообразующие элементы понижают коэффициент диффузии углерода в аустените. Например, в стали с 1,2 % Si и 1 % легирующего элемента при темпера­турах, отвечающих интервалу цементации, наблюдается замедление диффузии углерода при легировании в такой последовательности: марганец, молибден, ванадий, воль­фрам, хром (Томас и Леан).

Карбидообразующие элементы повышают максималь­ную концентрацию углерода в поверхностном слое по срав­нению с углеродистой нелегированной сталью, что связано с интенсивным карбидообразованием в поверхностном слое (рис. 98). С повышением температуры содержание углеро­да в цементованном слое легированных сталей уменьша­ется.

177

Влияние легирующих элементов на глубину цементован­ного слоя определяется их влиянием на коэффициент диф-

Цементуемых конструкционных сталей

Режим термической обработки

Б

Ч>

М

1-я закалка или нормали­зация (/, °С)

2-я закалка «зак – °с>

‘отп’ °с

МПа

%

< Ss

880, В (M) 880—950вз 880, м 880—950вз 880, в (м) 860, в (м) 860, в (м) 930—950 м 950 вз

770—820в (м) 870, м

850, м

760—810в (м) 760—8106 (м) 760—810в (м) 780—830м 860вз

180вз (м) 200вз(м) 200вз (м) 200в (м) 180вз (м) 180в (м) 180вз (м) 200вз (м) 200вз

700 1000 1000 1500 750 800 950 1300 900

500 900 800 1300 550 600 700 1100 700

12

9 9 9

13

14 11

10 11

45 50 ?0 40 50 50 55 50 50

0,7 0,8 0,8 0,6 0,8 0,8 0,9 0,9 0,8

М — масло, в(м) — вода илн масло, вз — воздух, занным режимам без цементации.

12—970

Фузии и концентрацию углерода в поверхностном слое. На рис. 99 приведена зависимость глубины цементованного слоя h от содержания легирующих элементов при температуре цементации 925 °С.

В легированных сталях после цементации и закалки кро­ме мартенсита и карбидов присутствует также остаточный аустенит, количество которого может быть значительным.

В небольшом количестве остаточный аустенит в цемен­тованном слое может быть даже полезным, так как при этом повышается пластичность и особенно ударная вынос­ливость, но при больших его содержаниях существенно сни-

Рис. 98. Распределение углерода по глубине цементованного слоя стали (А. Н. Минкевич):

1 — нелегированная сталь; 2 — сталь, легированная карбидообразующим элемен­том; 3 — сталь, легированная иекарбидообразующим элементом

Рнс. 99. Влияние легирующих элементов Ha глубину цементованного Слоя после цементации при 925 0C (А. П. Гуляев)

Жается твердость стали, поэтому для высоколегированных цементуемых сталей в целях уменьшения количества ос­таточного аустенита проводят обработку холодом после закалки.

При легировании цементуемых конструкционных сталей часто осуществляется комплексное легирование нескольки­ми элементами. Так, введение кремния в хромоникелевые цементуемые стали позволяет повысить их ударно-уста­лостную выносливость посредством уменьшения глубины заэвтектоидной зоны и увеличения количества карбидов.

Широко применяется легирование цементуемых сталей элементами, задерживающими рост зерна аустенита при нагреве (ванадием или титаном). Особенно благоприятно легирование цементуемых сталей никелем, который повы­шает вязкость цементованного слоя и сердцевины и пони­жает порог хладноломкости. Однако вследствие дефицит­ности никеля наблюдается тенденция к замене высокони­келевых сталей малоникелевыми (например, стали 18ХГСН2МВА и 18ХГСН2МА используют взамен 18Х2Н4ВА и 20Х2Н4А и сталь 14ХГСН2МА вместо 12ХНЗА и 12К2Н4А).

Оптимальное содержание уг­лерода при цементации в поверх­ностном слое составляет 0,8— 0,9 %. Увеличение содержания углерода до более высоких значе­ний способствует выделению кар­бидов по границам зерен, что мо­жет приводить к образованию трещин в цементованном слое и снижению механических свойств (рис. 2300

0,5 0,7 0,9 1,1 1,3Z°/°

12*

179

Строение диффузионного слоя азотированных сталей определяется диаграммой железо — азот (рис. 101). При азотировании стали в области температур ниже эвтектоид – ной (590 °С) диффузионный слой состоит из трех фаз: е, Y'(Fe4N) и а. В общем случае формирование структуры диффузионного слоя азотируемой стали зависит от состава стали, температуры и длительности нагрева, а также и ско­рости охлаждения после азотирования.

Высокая твердость и износостойкость азотируемых кон­струкционных сталей обеспечиваются главным образом нитридами легирующих элементов (N, MoN, AlN). Одна­ко из-аа наличия углерода в легированных конструкцион­ных сталях при азотировании фактически образуются кар – бонитридные фазы.

Легирующие элементы существенно влияют на глубину h азотированного слоя и поверхностную твердость (рис.

102). Уменьшение глубины азо­тированного слоя при легиро­вании обусловлено уменьшени­ем коэффициента диффузии азота в феррите. Углерод уменьшает также коэффици­ент диффузии азота.

Из азотируемых конструк­ционных легированных сталей наиболее широко применяют сталь 38Х2МЮА. Однако в по­следнее время разработан ряд новых конструкционных ста­лей, подвергаемых азотирова­нию: ЗОХЗВА, 30ХН2ВФА, 40ХНВА, 20ХЗМВФА и др. В табл. 17 приведены химиче­ский состав и механические свойства некоторых азотируе­мых конструкционных сталей.

При азотировании в интервале температур 500—6000C толщина диффузионного слоя невелика и поэтому высокие механические свойства достигаются в тонком поверхност­ном слое и по мере удаления от поверхности быстро пада­ют. Обычно при легировании несколькими элементами твердость азотированного слоя больше, чем при легирова­нии одним элементом (рис. 103).

Наиболее высокая поверхностная твердость при азоти­ровании достигается в хромомолибденовых сталях, допол­нительно легированных алюминием, типичным представи­телем которых является сталь 38Х2МЮА. Подобные стали для азотирования применяют в США: нитраллой — Nitr 135М, в Англии —EN41, в ФРГ —32А1СгМо4, в Шве­ции — 2940.

500

-Sirc

I

J – I

I I

Z

I i

-I

\ /

Li.

I

I *

\680±5°С

\

650°C\f\

2,8

\ е

V

590°СI

0,1 2,35 Л

Aa

VK

1 Il

V

I i

OZ 4 6 8 10 Fe —«¦ N, % (по массе)

Рис. 101. Диаграмма состояния си­стемы Fe-N

900 850 800

0

CsT 750

1

§ 700 §-

^ 650

Si

600

Cf-

550

Пониженным содержанием алюминия или без алюминия, имеющие меньшую поверхностную твердость, но более плав­ное падение твердости по глубине диффузионного слоя (ста­ли 38Х2ВФЮА, 40ХФА, 40Х, 20ХЗВА и др.).

Снижение поверхностной твердости азотированного слоя с HV 900—1000 до 650—900 позволяет повысить износостой-

Вместе с тем износостойкость стали не всегда коррели­рует с твердостью. Так, повышение температуры азотиро­вания стали 38Х2МЮА с 560 до 620 °С повышает ее изно­состойкость, хотя поверхностная твердость при этом пони­жается. Понижение поверхностной твердости при повыше­нии температуры азотирования связано с уменьшением содержания азота в е-фазе из-за усиления его диффузии с поверхности в глубь изделия.

H, Мм HV

Содержание элемент од, %

Рис. 102. Влияние легирующих элементов иа глубину азотированного слоя (азотирование прн 550 С, 24 ч) и поверхностную твердость (Ю. М. Лах – тин)

Для некоторых азотируемых изделий чрезмерно высо­кая поверхностная твердость является нежелательной из – за охрупчивания поверхностного слоя, затруднения опера­ции шлифования и др. В этом случае используют стали с

Таблица 17. Состав и механические свойства (не менее)

Содержание основных элементов, %

Марка стали

C

Cr

Ni

Mo (W)

30Х2МЮА 38Х2ВФЮА

0,35—0,45 0,35—0,42

1,35—1,65 1,5—1,8

0,15—0,25 (0,2-0,4)

30ХН2ВФА 30Х2НВФА ЗОХЗВА 40ХНМА

0,27—0,34 0,27—0,34 0,27—0,34 0,37—0,44

0,3—0,6 1,35—1,75 2,3—2,7 0,3—0,6

2,0—2,45 0,7—1,00

0,7—1,00

(0,6-0,8) (0,6-0,8) (0,6—0,8) 0,15—0,25

Примечание, м — масло, в — вода.

‘отп1 °с

МПа

%

0,7—1,IAl

920—940, м(в)

625—650

1000

850

14

50

0,9

0,1—0,8V;

900—950, м

600—650

1000

850

12

50

0,9

0,4—0,7АГ

0,1—0,18V

850—870, м

540—620

1050

850

12

55

1,0

0,1—0,18V

900—920, м

520—540

1200

1000

10

45

0,8

0,06—0,12V

870—890, м

580—620

1000

850

15

50

1,0

840—860, м

600—620

1100

850

12

55

1,0

Цементуемые легированные стали

Цементуемые стали относятся к низкоуглеродистым сталям, содержание легирующих элементов в которых, как правило не превышает 5%. Функциональное назначение таких сталей — цементу­емые детали (зубчатые колеса, кулачки, оси, рычаги переключений и т.п.), ра­ботающие в условиях трения. После насыщения поверхности углеродом, закалки и низкого отпуска низкоуглеродистые стали наряду с твердой поверхностью (58-63 НК.С) имеют достаточно прочную и вязкую сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок.

Хромистые стали 15Х, 20Х, а также содержащие дополнительно вана­дий (15ХФ) или бор (20ХР), образуют группу дешевых сталей нормальной прочности. Для уменьшения коробления их закаливают в ма­сле. В результате они приобретают структуру троостита или бейнита. Стали этой группы при­меняют для небольших деталей (сечением не более 25 мм), работающих при средних нагрузках.

Хромоникелевые стали 12ХНЗА, 20ХНЗА, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А при­меняют для крупных деталей ответственного назначения. После закалки в масле эти стали в сечениях до 100 мм имеют структуру низкоуглеро­дистого мартенсита в смеси с нижним бейнитом, которая обеспечивает сочетание высокой прочности и вязкости.

Хромоникельмолибденовая (хромоникельвольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) наиболее высоколегирована и имеет высокие ме­ханические свойства. В этой стали отсутствует перлитное превращение, а температурный интервал бейнитного превращения практически сливается с мартенситным, поэтому при любом, даже очень медленном охлаждении получается структура мартенсита (или смеси мартенсита и бейнита). В качестве смягчающей операции проводят высокий отпуск на сорбит.

Механические свойства цементуемых сталей и их применение приведены в таблицах П10, П11.

 

Улучшаемые стали

Среднеуглеродистыелегированные сталиприобретают высокие механические свойства после термическо­го улучшения — закалки и высокого отпуска (500 – 650 °С) на структуру сорбита. Улучшение этих сталей в отличие от нормализации обеспечива­ет повышенный предел текучести в сочетании с хорошей пластичностью и вязкостью, высоким сопротивлением развитию трещины. Кроме то­го, улучшение заметно снижает порог хладноломкости.

Улучшаемые легированные стали применяют для большой группы деталей машин, работающих не только при статических, но и в условиях циклических и ударных нагрузок (валы, штоки, шатуны, кулачковые муфты, поршневые пальцы и др.).

Хромистые стали 40Х, 45Х, 50Х относятся к деше­вым конструкционным материалам. С увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость, повыша­ется порог хладноломкости этих сталей Хромистые стали склонны к отпускной хрупкости, устранение которой требует быстрого охлаждения от температуры высокого отпуска. Стали прокаливаются на глубину 15 – 25 мм, их применяют для производства деталей небольшого сечения. Причем стали 45Х, 50Х из-за невысокой вязкости рекомендуются для изделий, работающих без значительных динамических нагрузок.

Хромокремнемарганцевые стали ЗОХГСА, 35ХГСА содержат по 1 % Сг, Мn и называются хромансилями. Это дешевые стали, сочетаю­щие хорошие технологические и механические свойства. Хромансили сва­риваются всеми видами сварки, хорошо штампуются, удовлетворительно обрабатываются резанием, прокаливаются в деталях сечением 30 – 40 мм. Их широко применяют в автомобилестроении (валы, сварные конструк­ции, детали рулевого управления).

Хромоникелевые стали 40ХН, 45ХН, 50ХН обеспечивают высокий комплекс механических свойств в деталях сечением 40 – 50 мм. Из-за присутствия никеля эти стали, в отличие от хромистых, имеют более вы­сокий температурный запас вязкости и меньшую склонность к хрупкому разрушению.

Хромоникельмолибденовые (хромоникельвольфрамовые) стали 40ХН2МА, З8ХНЗМА, 38ХНЭМФА, а также 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) от­носятся к глубокопрокаливающимся сталям, предназначенным для дета­лей с поперечным сечением 100 мм и более.

Стали относятся к мартенситному классу, закаливаются на воздухе, обладают малой склонностью к хрупкому разрушению, хорошо работают при динамических нагрузках и в условиях пониженных температур. Кро­ме того, стали слабо разупрочняются при нагреве и могут применяться при температурах до 300 – 400 °С. Они предназначены для деталей наи­более ответственного назначения (валы и роторы турбин, тяжелонагруженные детали компрессорных машин, редукторов).

Недостатки этой группы сталей: высокая стоимость, пониженная обрабатываемость резанием, склонность к образованию флокенов.

Механические свойства и область применения улучшаемых сталей приведены в таблице П12, П13.


Узнать еще:

Цементуемая сталь – марка – Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Цементуемая сталь – марка

Cтраница 1


Хромистая цементуемая сталь марок 15Х, 15ХА, I5XP, 15ХРА, 20Х и 20ХР повышенной прочности ( табл. 1 – 9, рис. 1 – 8) применяется для небольших деталей, работающих на износ в условиях трения, при средних удельных давлениях и скоростях.  [2]

Зубчатые колеса изготовляются из цементуемой стали марок Ст.  [3]

Валы и втулки изготовляются из цементуемой стали марок 20Х и 18ХГТ или азотируемой стали. Глубина цементованного слоя должна быть не менее 1 мм.  [4]

Материалом для матриц прессформ обычно служат малоуглеродистые цементуемые стали марок Э; А; 10; 20, обладающие хорошими пластическими свойствами. Исключительно высокой пластичностью характеризуются стали Э; А, позволяющие получать самые сложные и глубокие полости.  [5]

Материалом для изготовления шестерен могут служить стали марок 45 или 40Х с закалкой токами высокой частоты, или цементуемые стали марок 20Х и 18Х ГТ с закалкой до указанной твердости, или другие аналогичные марки сталей.  [6]

Закалка хромоникелевой стали производится в масле, а при высоком содержании хрома, никеля и при добавке вольфрама ( например, цементуемая сталь марки 18ХНВА) – даже на воздухе. Эта сталь сохраняет высокую твердость при отпуске и хорошо сопротивляется износу.  [7]

Звездочки при ремонте обычно изготовляют из стали марок 45 или 50, причем их закаливают и отпускают, а также из цементуемых сталей марок 15, 20 и 20Х с последующей закалкой.  [8]

Цементуемые стали марок 15ХФ и 20ХФ обладают повышенной прочностью и вязкостью ( табл. 28 – 31) и малой склонностью к росту зерна. Иногда сталь 20ХФ может применяться в качестве улучшаемой.  [9]

Из улучшаемых марок стали основное место занимает сталь марки 40Х, из которой изготовляются следующие детали: ступица ведомого диска, ось коленчатая и др. Из стали марки 40ХН изготовляются болт шатуна, болт противовеса. Из цементуемой стали марки 18ХГТ изготовляются шестерня подвижная, шестерня масляная, венцы шестерен, шестерня постоянного зацепления и др. Из хромоникелевой стали марки 12ХНЗА изготовляются поршневой палец и ведущая щестеоня, а из стали марки 20ХНЗА – ведомая шестерня.  [10]

Из улучшаемых марок стали основное место занимает сталь 40Х, из которой изготовляются ступица ведомого диска, ось коленчатая и др. Из стали 40ХН – болты шатуна, болты противовеса. Из цементуемой стали марки 18ХГТ изготовляются шестерня масляная, венцы шестерен, шестерня постоянного зацепления и др. Из хромоникелевой стали 12ХНЗА – поршневой палец и ведущая шестерня, а из стали марки 20ХНЗА – ведомая шестерня.  [11]

Приведенные марки являются эффективным л заменителями более дорогих легированных марок. Так, цементуемая сталь марки NE 9420 рекомендуется взамен стали хромо-никглевых и никельмолибденовых марок 3120 ( 0 ] 7 – 0 22о / 0 С; 1 10 – 1 40 / 0 Ni; 0 55 – 0 7У0 Сг) и 4620 ( 0 17 – 0 220 / 0 С; 1 65 – 2 00 % Ni; 0 20 – 0 3l) o / 0Mo) для автотракторных шестерен, пальцев, кулачков, валов и пр. Улучшаемая марка NE 9430 служит заменителем никелевой марки 2330 ( 0 28 – 0 330 / 0С; 3 25 – 3 750 / 0 Ni) для шестерен станков, роликов текстильных и печатных машин, валов моторов и пр.  [12]

Страницы:      1

Цементуемая сталь — Износостойкость – Энциклопедия по машиностроению XXL

Материал звездочек должен быть износостойким и хорошо сопротивляться ударным нагрузкам. Звездочки изготовляют из сталей 45, 40Х и других с закалкой или из цементуемых сталей 15, 20Х и др. Перспективным является изготовление зубчатого венца звездочек из пластмасс, что понижает шум при работе передачи и изнашивание цепи.  [c.282]

Цементуемая сталь — Износостойкость 90, 91, 103 — Марки 96, 97 — Механические свойства 97, 103—105 — Твердость 99, 102 — Термическая  [c.496]


Цементуемые стали должны хорошо обрабатываться резанием, быть наследственно мелкозернистыми, чтобы в процессе цементации не происходил рост зерна, и мало деформироваться при закалке. В цементованном слое не должно быть много остаточного аустенита, снижающего твердость и ухудшающего износостойкость.  [c.153]

Цементуемые легированные стали обычно содержат до 0,25— 0,30% углерода. Все цементуемые стали — низколегированные. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, не содержат дефицитных легирующих примесей, дешевы. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости детали, изготовленные из этих сталей, подвергают цементации. Отсюда и название этой подгруппы сталей — цементуемые. После цементации и последующей термической обработки детали приобретают твердый износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине.  [c.168]

К сталям с неупрочняемой сердцевиной относятся углеродистые цементуемые стали 10,15,20. Закаливаются эти стали в воде. Их сердцевина имеет феррито-пер-литную структуру. Эти стали имеют высокую износостойкость, но малую прочность (а =400-500 МПа). Поэтому они применяются для малоответственных деталей небольших размеров.  [c.160]

Цементуемые — стали 15, 20, 25. Предназначены они для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т.п.), от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском. Сердцевина из-за низкой прокаливае-мости упрочняется слабо. Эти стали применяют также горячекатаными и после нормализации. Они пластичны, хорошо штампуются и свариваются используются для изготовления деталей машин и приборов невысокой прочности (крепежные детали, втулки, штуцеры и т.п.), а также деталей котлотурбостроения (трубы перегревателей, змеевики), работающих под давлением при температуре от — 40 до 425 °С.  [c.248]

Цементуемые легированные стали обычно содержат до 0,25— 0,30% углерода. Все цементуемые стали — низколегированные. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, не содержат дефицитных легирующих примесей, дешевы. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости детали, изготовленные из этих сталей, подвергают цементации. Отсюда и название этой подгруппы сталей — цементуемые. После цементации и по-  [c.165]

Закаливаемые с индукционного нагрева они содержат больше углерода 0,5—0,65% и поэтому при такой обработке закаливаются в поверхностном слое, сохраняя в сердцевине более высокую твердость, чем цементуемые стали. Износостойкость этих сталей несколько ниже цементованных, имеющих больше углерода в поверхностном слое вязкость их тоже ниже из-за большей концентрации углерода в сердцевине. Но из-за создавшегося при этом меньшего перепада твердости по сечению сопротивление напряженности и усталостным нагрузкам у сталей, закаленных с индукционного нагрева, больше, чем у цементуемых.  [c.397]


Поверхностная закалка с нагревом ТВЧ и газовым пламенем НЯС 40—70 300-800 0,2—10 Повышение усталостной прочности на 40—100 )о и износостойкости в 2 раза и более. Упрочнение поверхностей зубьев зубчатых колес, звездочек и муфт, шлицев, тормозных шкивов, осей, деталей шарниров тяговых цепей и других деталей ПТМ из средне-, высокоуглеродистых и цементуемых сталей  [c.52]

Хром улучшает прочность на растяжение, твердость и стойкость против окисления. На хромистых цементуемых сталях получаются очень твердые, износостойкие цементованные слои, поэтому такие стали особенно пригодны для изготовления поршневых пальцев и распределительных валов. Стали с высоким содержанием хрома и низким содержанием углерода устойчивы против коррозии и не восприимчивы к химическим воздействиям. При добавлении никеля эти свойства еще больше усиливаются, но сталь становится аустенитной, т. е. уже не закаливаемой. Важными присадками являются ванадий и алюминий. При изготовлении стали они служат главным образом раскислителями. Ванадий повышает вязкость сталей. Алюминий применяется для получения особо высокой твердости в азотируемых сталях.  [c.290]

Цепи приобретаются, как правило, на стороне, звездочки же изготовляются станкозаводом. Материал для звездочек выбирается в соответствии с условиями работы их, аналогично зубчатым колесам, причем основным является требование достаточно высокой износостойкости. При скоростях цепи примерно до 3—4 М/ сск большие звездочки можно изготовлять из чугуна СЧ 28-48 или СЧ 24-44 (ГОСТ 1412-48), При более высоких скоростях можно изготовлять звездочки из модифицированного чугуна. Наиболее подходящим материалом являются цементуемые стали зубчатый венец звездочки подвергается цементации и закалке с последующим отпуском. Малые звездочки экономичнее изготовлять из стали, независимо от условий работы холостые звездочки, натяжные и оттяжные, изготовляют из тех же  [c.236]

Оптимальное сочетание прочности и износостойкости упрочненных слоев, а также прочности и вязкости сердцевины имеют цементуемые стали с С = 0,10…0,25 %  [c.58]

Азотированием называют процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стали азотом при нагреве ее в аммиаке. Азотирование повышает вердость поверхностного слоя, его износостойкость, предел выносливости и сопротивление коррозии в таких средах, как воздух, вода, пар и т. д. Твердость азотированного слоя заметно выше, чем цементуемой стали.  [c.199]

Большую часть деталей кулисного механизма изготавливают из стали. Кулисы отливают из чугуна или алюминия, реже из стали, пальцы и валики — из цементуемых сталей типа 20Х. Материал ползунов 3 выбирают с таким расчетом, чтобы коэффициент трения был минимальным, а износостойкость его меньше, чем сопрягаемые поверхности. Чаще всего ползуны изготавливают из бронзы или антифрикционного чугуна.  [c.29]

Долговечность цепных передач в основном зависит от материала и термической обработки их деталей. Для обеспечения износостойкости и сопротивляемости ударным нагрузкам детали цепей и звездочки изготовляют из термически обработанных или цементуемых углеродистых или легированных сталей (60, 6.5Г, 20, 20Х и др.). Звездочки тихоходных передач (ц гй 3 м/с) при спокойных нагрузках можно изготовлять из серых чугунов (С4 21—40 и др.) с последующей закалкой.  [c.432]

По назначению стали подразделяют на конструкционные (например, цементуемые, улучшаемые), инструментальные и с особыми свойствами. К последним относят автоматные , пружинные, шарикоподшипниковые, износостойкие, коррозионностойкие, теплоустойчивые, жаропрочные, электротехнические и другие стали.  [c.155]

Машиностроительные малоуглеродистые стали часто применяют в качестве цементуемых, т. е. для деталей, подвергаемых поверхностному науглероживанию и закалке для повышения износостойкости, а также для изготовления крепежных деталей. Среднеуглеродистые машиностроительные стали (0,3—0,7% углерода) прочнее строительных и могут подвергаться закалке с высоким отпуском. В результате такой термической обработки улучшаются их механические свойства. Однако эти стали хуже свариваются и плохо поддаются деформации в холодном состоянии.  [c.100]

Прежде всего износостойкость может достигаться высокой твердостью поверхности. Стали, имеющие высокую поверхностную твердость, подвергаются закалке и низкому отпуску или химико-термической обработке. Они имеют структуру мартенсита или мартенсита с карбидными включениями. К этой группе можно отнести рассмотренные выше цементуемые и шарикоподшипниковые стали, а также рассматриваемые ниже инструментальные стали.  [c.167]


Стали 15, 20, 25 — цементуемые, предназначены для деталей небольшого размера (кулачки, толкатели, малонагруженные шестерни и т. п.), от которых требуется твердая, износостойкая поверхность и вязкая сердцевина. Поверхностный слой после цементации упрочняют закалкой в воде в сочетании с низким отпуском.  [c.280]

Материал цепей. Цепи должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей изготовляют из стали 50, 40Х и других с закалкой до твердости 40…50 НКСэ. Оси, втулки, ролики, вкладыши и призмы — из цементуемых сталей, например 15, 20, 15Х и других с закалкой до твердости 52…65 HR э.  [c.280]

Среднеуглеродистая сталь пониженной прокаливаемости марки 55ПП (см. табл. 17—19 и 33—36) является заменителем легированной цементуемой стали и применяется после поверхностного упрочнения с нагревом т. в. ч. для изготовления деталей, к которым предъявляются требования высокой износостойкости при вязкой сердцевине, работающих при больших скоростях и средних удельных давлениях.  [c.249]

Повышение долговечности торцовых поверхностей зубьев, имеющих рекомендуемую бочкообразную форму, достигают применением цементуемых сталей и, в частности, стали 25ХГТ, обладающей высокой ирокалииаемостыо. Увеличение твердости подкоркового слоя металла приводит к повышению износостойкости торцовых поверхностей.  [c.52]

Основное требование к деталям шарниров — валикам и втулкам — износостойкость рабочих поверхностей. Валики и втулки преимущественно выполняют из цементуемых сталей 15, 20, 15Х, 12ХНЗ, 18ХГТ и других, после цементации или газового цианирования детали закаливают до твердости поверхности  [c.356]

Легированные стали с содержанием хрома, никеля, молибдена, марганца применяют для изготовления высоконагруженных зубчатых колес. Наилучшие свойства в готовом зубчатом колесе получаются после цементации. Содержание углерода в цементуемых сталях обычно колеблется от 0,15 до 0,25 %. Закаленные колеса из цементуемой стали имеют твердую, износостойкую поверхность зубьев 58…63 HR и мягкую, вязкую сердце-вину 30…40 HR , что позволяет им успешно работать в условиях ударных и знакопеременных нагрузок. В зависимости от размера зубчатых колес глубина цементованного слоя составляет 0,8…2 мм.  [c.560]

Оптимальное сочетание прочности и износостойкости упрочненных слоев, а также прочности и вязкости сердцевины имеют цементуемые стали с С = 0,10 н- 0,25 % (табл. 7.1). После насыщения поверхности углеродом или одновременно углеродом и азотом детали подвергают закалке и низкому отпуску. Упрочненный слой должен иметь толщину не менее 0,5-0,6 мм. Толщиной слоя принято считать сумму толщин заэвтектоидной, эвтектоид-ной и переходной зон. Несущая способность детали определяется эффективной толщиной слоя, в которой С > 0,4 %. На внутренней границе этой зоны твердость равна 50 HR g, а на поверхности детали твердость должна быть равна 56-63 HR g. Для того чтобы в упрочненном слое распределение углерода по толщине было равномерным, используют диффузионное выравнивание. Оптимальная структура упрочненного слоя представляет собой мар-тенситную матрицу с содержащимися в ней карбидами и остаточным аустенитом. Карбиды располагаются в виде мелких округлых частиц в заэвтектоидной зоне слоя на глубине 0,1-0,25 мм от поверхности. Эти карбиды увеличивают сопротивление деталей изнашиванию. Остаточный аустенит ускоряет приработку зубчатых пар, а в деталях под нагрузкой способствует релаксации напряжений, снижая их максимум. В этом отношении особенно эффективен азотистый аустенит, получаемый при нитроцементации. Допустимое количество остаточного аустенита определяется условиями эксплуатации деталей при 10-15 % он не сказывается существенно на долговечности зубчатых колес, при количестве около 40 % — снижает контактную выносливость тя-желонагруженных зубчатых колес.  [c.100]

Основной причиной выхода из строя цепных передач является износ шарниров, приводящий к удлинению цепи и неправильному зацеплению ее со звездочками следовательно, основным критерием работоспособности приводных цепей является износостойкость их шарниров. С целью увеличения износостойкости шарниров их оси, втулки и ролики выполняют из цементуемых сталей (20Х, 20ХНЗА и др.) с закалкой до твердости HR 55…65. Наряду с отмеченной наиболее распространенной причиной отказов выход из строя цепей передачи может быть вызван усталостным разрушением звеньев по проушине, износом звездочек. Для обеспечения требуемой прочности при малой массе цепи пластины выполняют из сталей (40Х, 40ХН и др.) с закалкой до твердости HR 40…50. Достижение требуемой долговечности звездочек обеспечивается за счет высокой твердости их зубьев.  [c.254]

Материалы элементов цепей должны обладать высокими износостойкостью и прочностью. Для пластин применяют стали 40 и 40Х с закалкой до JiB 40—50 оси, втулки и вкладыши выполняют из цементуемых сталей (15, 20, 20Х, 20ХНЗ и др.), термообрабатываемых до ЕВС 45—65.  [c.337]

Цементуемые стали для деталей, от которых не требуется повышенная вязкость, заменяются сталью с высокой износостойкостью 7ХГ2ВМ как более удобной для термической обработки с отпуском на твердость ffR 50.  [c.188]

Наибольшая твердость до (HR 69—71) и износостойкость у сталей, легированных алюминием (38ХМЮА) она выше, чем у цементуемых сталей. Кроме того, высокая твердость азотированного слоя сохраняется при нагреве до 400—420° С. Из-за резкого перепада твердости по сечению HR 35 в нижележащих слоях) и неболь-  [c.397]

Калибры изготовляют из инструментальных или углеродистых цементуемых сталей (У10А, У12А, 10, 15 и др.). Для повышения износостойкости и снижения затрат в СССР применяют твердосплавные скобы и пробки, износостойкость которых в 50—150 раз больше износостойкости стальных калибров, а стоимость — всего в 3—  [c.107]

Легирование цементованной стали производится главным образом с целью улучшения ее механических и технологических свойств. Химический состав цементуемой стали мало сказывается на ее износостойкости при условии одинаковой поверхностной твердости и микроструктуры. Наличие в мартенситовой основе цементованного слоя мелких глобулярных карбидов несколько повышает износостойкость стали, а присутствие значительного количества остаточного аустенита понижает износостойкость.  [c.247]


По тем же соображениям из легкого сплава изготовляют иногда такж балансиры и тому подобные детали многозвенных механизмов привода шпинделя зубодолбежных станков. Материал для камней (ползушек) выбирают с таким расчетом, чтобы коэфициент трения скольжения был по возможности малым, а износостойкость камня меньше, чем сопряженной — обычно более дорогой— детали механизма чаще всего ползушки изготовляют поэтому из бронзы или антифрикционного чугуна. Пальцы и валики шарнирных соединений должны иметь износостойкую поверхность наиболее подходящий для них материал — цементуемая сталь типа 15 или 20Х, если палец работает в паре со сталью или чугуном, и термически улучшаемая сталь типа 45—при работе с бронзой.  [c.522]

Основный требованием, предъявляемым к сталям для пресс-форм, употребляемым при прессовании пластмасс, является высокая износостойкость, хорошая шлифуемость и полнруемость, для того чтобы обеспечить гладкую, блестящую поверхность прессуемой детали. После термической обработки рабочую поверхность штампа хромируют. Поскольку температура пластмассы обычно не превышает 200° С, для пресс-форм простой конструкции применяют углеродистую сталь 55 или 60 при сложной гравюре применяют цементуемые стали 12ХП2А и 12Х2Н4А,  [c.903]

Калибры изготовляют из углеродистых цементуемых или инстру ментальных сталей (У10А, У12А, 10, 15идр.). Для повышения износостойкости и снижения затрат в СССР применяют твердосплавные скобы и пробки, износостойкость которых повышена в 50—150 раз по сравнению со стальными калибрами, а стоимость увеличена только в 3—5 раз.  [c.82]

Цементация стали как способ, повышающий ее поверхност- ную твердость и тем самым повышающий ее износостойкость, нашел широкое применение для деталей, иодвергающихся абразивному изнашиванию. Цементацию применяют для самых разнообразных деталей, в том числе и для весьма ответственных. Например, втулки звеньев гусеницы тракторов С-80 и С-100 изготовляют из цементируемой стали 20Г шарошки бу- ровых долот —из цементуемых хромоникелевых сталей с содержанием углерода 0,3—0,35 и т. д.  [c.88]

Благоприятное сочетание прочности, пластичности и вязкости, а также высокая хладостойкость (порог хладноломкости лежит в области отрицательных температур) обусловливают применение низкоуглеродистых сталей и без поверхностного упрочнения. Механические свойства таких сталей (без поверхностного упрочнения) после двойной закалки и низкого отпуска, т.е. термической обработки цементуемых деталей, приведены в табл. 9.8. При использовании этих сталей для деталей, от которых не требуется износостойкая поверхность, проводят однократную закалку по режиму I и низкий отпуск. Все стали, кроме 18Х2П4МА, приведенные в табл. 9.8, относятся к перлитному классу.  [c.262]


Стали цементуемые легированные – Энциклопедия по машиностроению XXL

Машиностроительные легированные стали общего назначения — это цементуемые и улучшаемые стали. Цементуемые легированные стали применяют для изготовления сильно нагружаемых крупных деталей (валы, зубчатые колеса и т. д.). Изделия из цементуемых легированных сталей подвергают цементации (толщина слоя 0,6— 1,0 мм), последующей закалке и отпуску (обычно при 200° С). Химический состав и механические свойства этих сталей приведены в табл. 3.  [c.195]
В табл. 3 приведены механические свойства (сердцевины) цементуемой легированной стали некоторых марок после закалки и отпуска.  [c.481]

Цементуемые легированные стали обычно содержат до 0,25— 0,30% углерода. Все цементуемые стали — низколегированные. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, не содержат дефицитных легирующих примесей, дешевы. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости детали, изготовленные из этих сталей, подвергают цементации. Отсюда и название этой подгруппы сталей — цементуемые. После цементации и последующей термической обработки детали приобретают твердый износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине.  [c.168]

В табл. 20 приведен химический состав некоторых марок цементуемых легированных конструкционных сталей по ГОСТ 4543-61.  [c.327]

Цементуемые легированные конструкционные стали  [c.327]

Кроме перечисленных в табл. 20 марок, ГОСТ 4543-61 предусматривает еще много различных марок цементуемых легированных конструкционных сталей, в том числе и высоколегированных и многокомпонентных.  [c.328]

Профиль сверла (тип N) для обработки материалов повышенной прочности (легированные углеродистые стали, цементуемые и улучшенные стали, [c.217]

Измерительные части калибров изготовляются из инструментальной углеродистой стали, инструментальной легированной или из цементуемой углеродистой стали.  [c.267]

Цементуемые легированные стали обычно содержат до 0,25— 0,30% углерода. Все цементуемые стали — низколегированные. Они хорошо обрабатываются режущим инструментом, не содержат дефицитных легирующих примесей, дешевы. Для повышения поверхностной твердости и износостойкости детали, изготовленные из этих сталей, подвергают цементации. Отсюда и название этой подгруппы сталей — цементуемые. После цементации и по-  [c.165]

После закалки цементованной стали в цементованном слое образуется структура мартенсита. Структура сердцевины после закалки получается различной в зависимости от цементуемой стали. В углеродистых цементуемых сталях в сердцевине сохраняется феррито-перлитовая структура. В сердцевине цементуемых легированных сталей, несмотря на небольшое количество углерода, но значительное количество легирующих примесей, задерживающих распад твердого раствора, после закалки получается малоуглеродистый мартенсит.  [c.145]

В сердцевине цементуемых легированных сталей, несмотря на наличие небольшого количества углерода, но значительного количества легирующих примесей, задерживающих распад твердого раствора, получается после закалки малоуглеродистый мартенсит.  [c.244]

Цементуемые легированные стали целесообразно применять для крупных и тяжело нагруженных деталей, которым необходимо иметь, кроме высокой твердости поверхности, достаточно прочную сердцевину. В легированных цементуемых сталях, несмотря на небольшое содержание углерода вследствие наличия значительного количества легирующих примесей, гораздо легче получить при термической обработке более высокую прочность сердцевины. Поэтому они идут на изготовление ответственных деталей. Цементуемые стали должны быть достаточно чистыми (по содержанию серы и фосфора), должны хорошо обрабатываться на станках, хорошо закаливаться и давать минимальную деформацию при термической обработке.  [c.283]


Пруток диаметром 100 мм из цементуемой легированной стали. Поперечное сечение. Структура после прокатки. Подкорковые пузыри окислены, затем во время прокатки заварены.  [c.61]

Конструкционные низкоуглеродистые ( цементуемые ) легированные стали требования, химический состав, термическая обработка, основные группы (коротко).  [c.14]

Изотермическому отжигу чаще подвергаются поковки (штамповки) и сортовой прокат из цементуемой легированной стали небольших размеров.  [c.163]

Цементуемые легированные стали. Цементуемые стали – это низкоуглеродистые (доО,25С), низко- (до2,5%) и среднелегированные (2,5—10% суммарное содержание легирующих элементов) стали. Эти стали (табл.  [c.53]

Таблица 32 Механические свойства легированных цементуемых сталей
Конструкционные машиностроительные цементуемые (нитроцементуемые) легированные стали  [c.260]

Расстояние от закапённого торца Фиг. 75. Полосы прокаливаемости для цементуемой легированной стали.  [c.345]

Измерительные части калибров должны быть изготовлены из сталей инструментальных легированных X и ХГ инструментальных углеродистых У10А и У12А шарикоподшипниковой ШХ15 цементуемых углеродистых 15 и 20.  [c.666]

Многочисленные исследо/вания прокаливаемости различных плавок цементуемой легированной конструкционной стали торцовым методом и полосы прокаливаемости, полученные по данным массовых испытаний, обнаружили, что, за исключением марки 20Х, стали, перечисленные в табл. 20, отличаются достаточной для многих целей прокаливаемостью. Опыт советских заводов показал, что хромомарганцовистая сталь с бором 20ХГР или с титаном 18ХГТ и ЗОХГТ может очень часто применяться без ущерба для прочности и долговечности деталей машин взамен дорогих хромоникелевых и более сложных высоколегированных сталей. Прока-ливаемость у них достигается добавкой марганца и бора, а мелкозернистость и вязкость — добавкой титана.  [c.328]

Химическии состав (масс. %) и твердость цементуемых легированных сталей в состоянии поставки  [c.295]

Рекомендуемое содержание углерода в цементуемых легированных сталях ранее не превышало 0,24%, однако за последние годы в ряде случаев допускаетси повышение этого предела до 0,30%.  [c.304]

При этом следует учесть, что имеющиеся диаграммы изотвердости для ряда цементуемых легированных сталей характеризуют прокаливаемость слоя при относительно невысоких концентрациях углерода (до 0,95%). При повышенных концентрациях углерода в слое (до 1,1%), что характерно для некоторых цементованных и,зделнй, подвергаемых химико-термической обработке в реальных производственных условиях, прокаливаемость слоя может значительно понизиться, и потребуется обеспечить более высокие значения интенсивности охлаждения Я при закалке.  [c.313]

Материалом для изготовления базовых плит и угольников служит цементуемая легированная сталь марки 12ХНЗА, а для колец — хромистая сталь марки 40ГА.  [c.90]

Конструкционные (машиностроительные) цементуемые легированные стали. Для цементуелш1Х изделий применяют малоуглеро-дпстые (0,1—0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого  [c.272]

В коробке передач применяют шестерни с эвольвентным зацеплением и с углом зацепления 20°. Компактность конструкции заставляет применять корригированное зацепление со смещением инструмента, так как только в этом случае при малых межцентровых расстояниях и заданных передаточных отношениях могут быть получены шестерни с достаточно прочными зубьями (без или почти без подрезания). Так как в мотоциклах вследствие более шумной, чем в автомобилях, работы двигателя требования к бесшумности работы коробки передач не особенно высоки, то отделка (доводка) зубьев игестерен по сравнению с шестернями автомобильных коробок передач упрощается. Для шестерен и валов используются цементуемые легированные стали, главным образом хромомарганцевые. Втулки шестерен, свободно сидящих на валах, изготовляют из бронзы непосредственное трение скольжения стали по стали, которое происходит при свободной посадке шестерни на вал без бронзовой втулки, вследствие характерной для мотоциклов не особенно совершенной системы смазки сопряжено с некоторым риском. Менее ответственные детали выполняют из обычных цементуемых сталей ведомая звездочка заднего колеса (при цепном приводе на ведущее колесо) изготовляется из простой или малолегированной стали.  [c.685]


В последнее время для некоторых назначений (например, зубчатых колес) в цементуемой стали повышают содержание углерода до 0,25—0,30%. Это обеспечивает большую прочность сердцевины, позволяет уменьшить глубину цементованного слоя, а следовательно, сократить длительность цементации. Увеличение содержания углерода в цементуемой легированной стали (например, типа ХГТ), с 0,18 (18ХГТ) до 0,25—0,3% (ЗОХГТ) одновременно существенно увеличивает прочностные свойства цементованного слоя и повышает его сопротивление усталостному выкрашиванию (контактную усталостную прочность).  [c.78]

Стали марок 15Х и 20Х являются цементуемыми легированными сталями и применяются для деталей, у которых требуется высокая прочность и вязкость сердцевины и высокая твердость поверхностного слоя, получаемая при цементации и закалке. Стали марок 40Х, 45Х, 50Х, 40ХН и другие применяют для ответственных деталей приборов и, инструментов. Эти стали закаливаются и наряду с высокой прочностью обладают высокой твердостью и износостойкостью. Их применяют для изготовления коленчатых валов, шпинделей, осей, зубчатых колес, штоков, кривошипов, дисков, втулок и других тяжелонагруженных деталей.  [c.18]

Легирующие элементы, присутствующие в стали, оказывают влияние на структуру цементуемого слоя, механизм его образования и скорость диффузии. В случае цементации сталей, легированных карбидообразующими элементами, при температуре диффузии возможно образование двухфазного слоя из аустенита и карбидов глобулярной формы. При этом аустенит обедняется углеродом и карбидообразующнми элементами (Сг, Мп, Ti) и на поверхности после закалки образуются пемартенситные структуры, способствующие снижению твердости и особенно предела выносливости. Суммарная концентрация углерода на поверхности цементированного слоя сталей, легированных карбидообразующими элементами, может достигать 1,5—2,0 % и более. Карбидообразующие элементы (Сг, Мп, Мо, W и др.) увеличивают энергию активации Q, уменьшают коэффициент диффузии углерода в аустените. Никель и кобальт повышают коэффициент диффузии углерода в аустените. Однако на толщину слоя, легирующие элементы в том количестве, в котором они присутствуют в цементуемых сталях, практически не влияют.  [c.233]


Науглероживающая сталь – обзор

1.4.1.2 Сталь

Благодаря высокому соотношению прочности к весу и относительно низкой стоимости различные сорта стали регулярно используются в приложениях, требующих передачи мощности в средних и тяжелых условиях, приложения прочности и требования к точности. Как простые углеродистые, так и легированные стали используются в различных областях, хотя последние могут быть труднообрабатываемыми. Типичными коммерческими сортами используемых простых углеродистых сталей являются низкоуглеродистые стали (AISI 1020, EN3), AISI 1040 (EN 8) и EN 9.Они используются в приложениях, требующих средних и высоких требований к ударной вязкости и прочности. Низко- и среднеуглеродистые стали являются хорошим выбором для штамповки зубчатых колес.

Простые углеродистые и легированные стали, как правило, поддаются термической обработке, что означает, что определенные желаемые механические характеристики могут быть приданы зубчатым колесам путем соответствующей термической обработки. Прокаливаемость, которая в первую очередь зависит от содержания сплава, может быть важным аспектом, который следует учитывать при выборе зубчатой ​​стали. Поверхностная (корпусная) закалка и сквозная закалка являются двумя важными операциями термической обработки, которые могут значительно улучшить прочность, ударную вязкость, предел выносливости и ударопрочность сталей.Низколегированные стали со сквозной закалкой подходят для средних и умеренных условий эксплуатации. Сверхмощные и/или тяжелые условия эксплуатации обычно требуют использования цементируемых высоколегированных сталей. Как правило, цементируемые зубчатые колеса производятся в двухстадийном процессе (науглероживание) путем первоначального локального обогащения поверхности углеродом (до 0,85%). Затем следует соответствующий процесс закалки и отпуска, в результате которого получается закаленный корпус (до 64 HRC) необходимой толщины. Сердцевина остается практически неизменной и сохраняет присущую ей пластичность и прочность.Локальная закалка и отпуск соответствующей стали (содержащей достаточное количество углерода, обычно более 0,4%) могут дать аналогичные результаты (селективная закалка). Элементы, отличные от углерода, такие как азот и бор, также могут быть использованы, хотя и в несколько иной технике. Как правило, зубчатые колеса с поверхностной закалкой имеют повышенную усталостную долговечность и износостойкость. Науглероживание, азотирование, лазерная закалка и индукционная закалка являются наиболее важными методами поверхностного упрочнения, применяемыми для стальных зубчатых колес. Типичная глубина корпуса составляет от 0.075 до 8,25 мм [10]. Цементированные шестерни могут выдерживать более высокие нагрузки, чем шестерни со сквозной закалкой, при этом последние обычно тише и дешевле [10]. Существует широкий спектр сталей, которые в высшей степени способны к поверхностной закалке. К ним относятся науглероживающие стали, такие как AISI 1015, 1018, 1020, 1022, 1025, 1117, 1118, 4020, 4026, 8720, 9310 и т. д.; и азотированные стали, а именно AISI 4140, 4340, 6140, 8740 и нитролой. Nitralloy N и тип 135 подходят для высоконагруженных зубчатых передач, работающих в тяжелых условиях.

20MnCr5, 16MnCr5 и SAE 8620 являются наиболее важными сталями для цементации, предпочтительными для автомобильных передач.Как правило, легированные стали предпочтительнее простых углеродистых сталей из-за повышенной твердости и эффективной глубины гильзы при одинаковом содержании углерода, меньшем размере зерна, меньшем искажении, повышенной ударной вязкости и улучшенной износостойкости.

Нержавеющие стали (SS) — это важные легированные стали, которые особенно подходят для зубчатых передач, подвергающихся воздействию высоких температур и коррозионных сред, таких как оборудование и машины, используемые в химической, нефтехимической, пищевой промышленности и производстве напитков.Сталь обычно называют «нержавеющей», если она содержит более 12% хрома. Хром вступает в реакцию с кислородом воздуха, образуя однородный пассивный оксидный слой, который защищает материал сердцевины от коррозии. Основными типами нержавеющей стали являются аустенитная (типы 303, 304 и 316), ферритная (тип 430), мартенситная (тип 440 C) и дисперсионно-твердеющая сталь (17-4PH и 17-7PH) [10]. Аустенитные марки популярны для использования в экстремальных условиях из-за их превосходной коррозионной стойкости.Они немагнитны, не поддаются термической обработке и, как правило, плохо поддаются механической обработке. Тип 304 (18Cr-8Ni) — одна из наиболее широко используемых нержавеющих сталей для зубчатых колес, работающих в экстремальных условиях коррозии.

Различные типы нержавеющей стали, а именно стали 303, 304, 316 L, 420, 440 и 17-4 PH, также широко используются для изготовления высокоточных миниатюрных зубчатых колес, используемых в прецизионных передачах с высоким крутящим моментом, таких как микрогармонические приводы. , роботизированные механизмы, микромоторы, микронасосы, редукторы скорости, медицинские инструменты и электронное оборудование.Типы 303 и 17-4 PH широко используются для изготовления храповых колес, используемых в храповых механизмах.

Зубчатые колеса, изготовленные методом литья из литейной стали , используются для условий эксплуатации, предполагающих разнонаправленную нагрузку в таких машинах, как большие мельницы, крановые колеса и компоненты редукторов ветряных турбин. Обычные литые стали со сквозной закалкой включают марки AISI 4135, 8630, 8640 и 4340, тогда как марки AISI 1020, 8620 и 4320 являются некоторыми важными литыми сталями с поверхностной закалкой.

Спеченные стали используются для изготовления зубчатых колес методом порошкового прессования. Железо-медная и железо-никелевая стали являются двумя наиболее важными спеченными сталями, доступными в виде порошка и используемыми для изготовления косозубых, прямозубых и конических зубчатых колес, которые подвергаются воздействию высокопрочных материалов. Порошки из нержавеющей стали типа 316 L и смеси порошков никелевой стали и бронзы также часто используются для изготовления зубчатых колес методом порошкового прессования.

Науглероживание | Металлургия для чайников

Что такое науглероживание?

Науглероживание — это процесс добавления углерода к поверхности.Это делается путем воздействия на деталь богатой углеродом атмосферы при повышенной температуре, что позволяет диффузии перенести атомы углерода в сталь. Эта диффузия будет работать только в том случае, если сталь имеет низкое содержание углерода, потому что диффузия работает по принципу перепада концентрации. Если, например, сталь изначально имеет высокое содержание углерода и нагревается в печи, не содержащей углерода, такой как воздух, углерод будет иметь тенденцию диффундировать из стали, что приведет к обезуглероживанию.

Науглероживание

Науглероживание представляет собой добавление углерода к поверхности низкоуглеродистых сталей при температурах, как правило, от 850 до 950°C (от 1560 до 1740°F), при которых аустенит с его высокой растворимостью в углероде является стабильной кристаллической структурой.Упрочнение достигается закалкой высокоуглеродистого поверхностного слоя с образованием мартенсита, так что высокоуглеродистая мартенситная оболочка с хорошим сопротивлением износу и усталости накладывается на прочный сердечник из низкоуглеродистой стали. Науглероженные стали для цементации обычно имеют содержание основного углерода около 0,2 %, при этом содержание углерода в науглероженном слое обычно контролируют на уровне от 0,8 до 1 % С. Однако поверхностный углерод часто ограничивается 0,9 % из-за слишком высокого содержания углерода. содержание может привести к остаточному аустениту и хрупкому мартенситу.

Метод, который преодолевает обе эти основные проблемы, но сохраняет желаемые характеристики простой атмосферы и допустимой рабочей температуры, представляет собой плазменное или ионное науглероживание.

Подводя итог, методы науглероживания включают:
  1. Газовая цементация
  2. Вакуумная цементация
  3. Плазменная цементация
  4. Науглероживание в солевых ваннах
  5. Пакет науглероживания

Эти методы вводят углерод за счет использования газа (атмосферно-газовая, плазменная и вакуумная науглероживание), жидкостей (науглероживание в соляной ванне) или твердых соединений (науглероживание в пакете).Все эти методы имеют ограничения и преимущества, но газовая цементация чаще всего используется для крупносерийного производства, поскольку она точно контролируется и требует минимального специального обслуживания.

Вакуумная цементация и плазменная цементация нашли применение из-за отсутствия кислорода в атмосфере печи. Соляная ванна и науглероживание в пакете все еще иногда производятся, но сегодня они не имеют большого коммерческого значения.

Науглероживание представляет собой добавление углерода к поверхности низкоуглеродистых сталей при температурах, как правило, от 850 до 950°C (от 1560 до 1740°F), при которых аустенит с его высокой растворимостью в углероде является стабильной кристаллической структурой.Упрочнение достигается закалкой высокоуглеродистого поверхностного слоя с образованием мартенсита, так что высокоуглеродистая мартенситная оболочка с хорошим сопротивлением износу и усталости накладывается на прочный сердечник из низкоуглеродистой стали.

Содержание углерода в стали определяет возможность ее непосредственного закаливания. Если содержание углерода низкое (например, менее 0,25%), то существуют альтернативные средства для увеличения содержания углерода на поверхности. В зависимости от количества времени и температуры пораженный участок может различаться по содержанию углерода.Более длительное время науглероживания и более высокие температуры приводят к большей диффузии углерода в деталь, а также к увеличению глубины диффузии углерода. Когда железо или сталь быстро охлаждают путем закалки, более высокое содержание углерода на внешней поверхности становится твердым за счет превращения аустенита в мартенсит, в то время как сердцевина остается мягкой и прочной, как ферритная и/или перлитная микроструктура. Этот производственный процесс может быть характеризуется следующими ключевыми моментами: применяется для низкоуглеродистых заготовок; заготовки находятся в контакте с высокоуглеродистым газом, жидким или твердым, он создает твердую поверхность заготовки; стержни заготовки в значительной степени сохраняют свою ударную вязкость и пластичность, а глубина поверхностной твердости достигает 0.25 дюймов (6,4 мм).

Науглероживание стали включает термическую обработку металлической поверхности с использованием источника углерода. Ранняя науглероживание использовала прямое нанесение древесного угля на металл (первоначально называвшееся поверхностной закалкой), но в современных технологиях применяются углеродсодержащие газы или плазма (например, двуокись углерода или метан). Науглероживание представляет собой добавление углерода к поверхности низкоуглеродистых сталей при температурах обычно от 850 до 950°C (от 1560 до 1740°F), при которых аустенит с его высокой растворимостью в углероде является стабильной кристаллической структурой.Упрочнение достигается закалкой высокоуглеродистого поверхностного слоя с образованием мартенсита, так что высокоуглеродистая мартенситная оболочка с хорошим сопротивлением износу и усталости накладывается на прочный сердечник из низкоуглеродистой стали.

В самом раннем применении детали просто помещались в подходящий контейнер и покрывались толстым слоем угольного порошка (науглероживание в упаковке). При газовой цементации детали окружены углеродсодержащей атмосферой, которая может непрерывно пополняться, чтобы можно было поддерживать высокий углеродный потенциал.В целях упрощения атмосферы было изучено науглероживание в бескислородной среде при очень низком давлении (вакуумное науглероживание), которое стало жизнеспособной и важной альтернативой.

Кроме того, поскольку детали нагреваются в бескислородной среде, температура науглероживания может быть существенно повышена без риска окисления поверхности или границ зерен. Поскольку вакуумное науглероживание проводится при очень низком давлении и скорость потока науглероживающего газа в печь очень мала, углеродный потенциал газа в глубоких углублениях и глухих отверстиях быстро истощается.Если этот газ не пополнять, вероятно, возникнет большая неравномерность по глубине корпуса по поверхности детали. Если для решения этой проблемы значительно увеличить давление газа, возникает другая проблема, связанная с образованием свободного углерода или сажеобразованием. Твердость науглероженных сталей в первую очередь зависит от содержания углерода. Когда содержание углерода в стали превышает примерно 0,50%, дополнительный углерод не влияет на твердость, но повышает прокаливаемость. Углерод свыше 0.50% могут не растворяться, что требует достаточно высоких температур для обеспечения твердого раствора углерод-аустенит.

Глубина слоя науглероженной стали зависит от времени науглероживания и доступного углеродного потенциала на поверхности. При длительном науглероживании на большую глубину цементации высокий углеродный потенциал приводит к высокому содержанию углерода на поверхности, что может привести к избыточному остаточному аустениту или свободным карбидам. Следовательно, высокий углеродный потенциал может подходить для короткого времени науглероживания, но не для продолжительного науглероживания.

Газовая науглероживание обычно проводится при температуре от 900 до 950 °C. При кислородно-ацетиленовой сварке науглероживающее пламя представляет собой пламя с низким содержанием кислорода, которое дает копоть и низкотемпературное пламя. Науглероженные стали для цементации обычно имеют содержание основного углерода около 0,2 %, при этом содержание углерода в науглероженном слое обычно контролируют на уровне от 0,8 до 1 % С. Однако поверхностный углерод часто ограничивается 0,9 % из-за слишком высокого содержания углерода. содержание может привести к остаточному аустениту и хрупкому мартенситу.

Контейнеры для науглероживания

Пак обычно изготавливаются из углеродистой стали с покрытием из алюминия или жаропрочного никель-хромового сплава и заделываются на все отверстия шамотом. Существуют различные типы элементов или материалов, которые можно использовать для выполнения этого процесса, но в основном они состоят из материалов с высоким содержанием углерода.

Несколько типичных отвердителей включают окись углерода (CO), цианид натрия и хлорид бария или древесный уголь твердых пород. При газовой науглероживании CO выделяется пропаном или природным газом.При пакетном науглероживании окись углерода выделяется коксом или древесным углем.

Плазменная науглероживание все чаще используется в основных промышленных режимах для улучшения характеристик поверхности (таких как износостойкость и коррозионная стойкость, твердость и несущая способность, в дополнение к показателям качества) различных металлов, особенно нержавеющих сталей. Этот процесс используется, поскольку он является экологически безопасным (по сравнению с газообразным или твердым науглероживанием). Он также обеспечивает равномерную обработку компонентов сложной геометрии (плазма может проникать в отверстия и узкие зазоры), что делает его очень гибким с точки зрения обработки компонентов.

Стали, изготовленные методом крупнозернистой стали, могут быть науглерожены, если двойная закалка обеспечивает измельчение зерна. Многие легированные стали для поверхностной закалки в настоящее время определяются на основе прокаливаемости сердцевины. Во-первых, в цементируемой стали необходимо учитывать прокаливаемость как корпуса, так и сердечника.

Соотношение между температурным градиентом и градиентом углерода во время закалки науглероженной детали может привести к измеримой разнице в глубине слоя, измеренной по твердости.То есть увеличение базовой прокаливаемости может привести к увеличению доли мартенсита при заданном уровне углерода, что приведет к увеличению измеренной глубины слоя. Следовательно, для достижения желаемого результата в правильно выбранной стали можно использовать более мелкий профиль углерода и более короткое время науглероживания.

Вам также может понравиться

Случайные штифты

Науглероживание — обработанные на заказ, кованые, литые и покрытые детали

 

Науглероживание относится к производственному процессу, который упрочняет наружную поверхность стальных или железных деталей путем пропитки поверхности атомами углерода.Этот процесс способствует «цементации» или «поверхностной закалке», при которой внутренняя часть металла остается сравнительно мягкой, а внешний слой затвердевает, образуя прочную защитную оболочку. Науглероживание обычно основано на строго контролируемых процессах термообработки для ускорения переноса атомов углерода.

В этом столетии металлурги используют различные методы для получения закаленных стальных поверхностей. Наряду с индукционной закалкой и азотированием цементация стала одним из самых популярных производственных процессов.

 

Процесс науглероживания

Производитель выполняет науглероживание, стремясь упрочнить внешнюю поверхность железа или низкоуглеродистой стали за счет добавления углерода. Этот процесс изменяет химический состав поверхности железных или стальных деталей. Заготовки обычно проходят этот процесс после механической обработки. Науглероженный инструмент менее легко ломается и более эффективно противостоит царапинам и другим видам истирания при нормальном использовании. Производители используют измерения глубины корпуса, чтобы оценить толщину этого внешнего защитного слоя.

Во время науглероживания атомы углерода диффундируют из источника углерода на поверхность металлической заготовки. Они остаются постоянно прикрепленными к структуре металла, когда деталь остывает. Углерод увеличивает твердость одним из двух способов: либо он становится частью внешней структуры самого металла, образуя внешний мартенситный или перлитный стальной слой, либо в некоторых случаях образует карбиды после соединения с другими элементами в сплаве. . В обоих случаях поверхности стали постоянно закалены.

 

Методы науглероживания

Четыре метода науглероживания стали популярными в производственных условиях. У каждого есть преимущества и недостатки:

 

Жидкая цементация

Производители иногда вводят атомы углерода на поверхность низкоуглеродистых сталей, погружая металл при высоких температурах в ванны с высокоуглеродистыми жидкостями.

Детали процесса

В прошлом жидкости, используемые для этого процесса, часто включали цианид, сильную кислоту, которая помогала шлифовать поверхность, чтобы подготовить металл к осаждению углерода.Сегодня производители обычно используют более экологически чистые, менее токсичные кислоты в процессе жидкого науглероживания. Сетчатые корзины или проволока позволяют всей заготовке оставаться подвешенной в ванне с жидкостью в течение желаемого периода времени, обеспечивая равномерное науглероживание.

Преимущества

Этот процесс облегчает производство внешних металлических корпусов с высоким содержанием углерода. Обычно для его завершения требуется сравнительно немного времени. Жидкая цементация оказывается очень эффективной для упрочнения поверхностей деталей малого и среднего размера; производители могут легко автоматизировать этот процесс.

Примеры

Производители, производящие небольшие изделия, такие как шарикоподшипники, часто используют жидкую цементацию.

 

Газовая цементация

В этом широко популярном методе науглероживания используются такие газы, как метан или монооксид углерода, для осаждения углерода на поверхности сплавов низкоуглеродистой стали или железа.

Детали процесса

Сегодня производители тщательно контролируют температуру для достижения оптимального уровня науглероживания.Этот процесс обычно происходит в больших печах. Это часто происходит в сочетании с автоматизацией и обеспечивает превосходный контроль над глубиной цементации.

Преимущества

Газовая цементация позволяет производителям легче работать с очень большими заготовками. Кроме того, это может позволить компании эффективно цементировать большие объемы материала.

Примеры

Этот процесс позволяет цементировать коммерческие сейфы и хранилища, а также большие промышленные ножи и другие тяжелые предметы.

 

Пакет науглероживания

Этот производственный процесс, открытый много лет назад, включает упаковку низкоуглеродистой стали или железа с древесным углем или коксом и нагрев материала при очень высоких температурах.

Детали процесса

Образуется газообразный угарный газ, который способствует переносу некоторого количества углерода на поверхность металла. Производители часто сталкиваются с проблемой поддержания одинаковой температуры по всей поверхности с помощью этого метода, поэтому уровни углерода в науглероженной поверхности могут варьироваться.Этот процесс приводит к образованию несколько тонких (от 1 мм до 1,5 мм) упрочненных слоев.

Преимущества

Методы науглероживания

Pack позволяют производственным компаниям науглероживать как большие детали, так и большие объемы мелких деталей.

Примеры

Производители иногда производят недорогие бытовые инструменты, такие как садовые мастерки и грабли, используя этот метод.

 

Вакуумная цементация

Вакуумная цементация, обычно используемая в сочетании с закалкой маслом или газом под высоким давлением, происходит в отсутствие кислорода.

Детали процесса

Компании часто используют метан в качестве агента для диффузии углерода, вводя этот газ в науглероживающую бескислородную вакуумную камеру при очень высоких температурах.

Преимущества

Этот гибкий и дорогостоящий процесс позволяет производителям эффективно науглероживать различные заготовки различных размеров. Он производит поверхностное упрочнение сравнительно быстро.

Примеры

Этот метод идеально подходит для производства многих авиационных, аэрокосмических и буровых компонентов.

 

Приложения

Поверхностное упрочнение, вызванное науглероживанием, широко применяется в различных отраслях промышленности. Например, сегодня науглероженные буровые долота помогают людям во многих ситуациях, от деревообработки до разведки нефти и газа. Науглероживание также вносит значительный вклад в обрабатывающую промышленность, позволяя производителям продлить срок службы многих элементов металлического оборудования. Некоторые отрасли, которые в значительной степени зависят от науглероженных металлов, включают: морскую и аэрокосмическую промышленность, агробизнес, промышленное производство и автомобильную промышленность.

 

Основные преимущества

Науглероживание дает преимущества, поскольку обеспечивает поверхностное упрочнение наружных поверхностей низкоуглеродистой стали и сплавов железа. Например, металлические детали, которые подвергаются термообработке и цементации, более эффективно противостоят истиранию. Твердость науглероженного покрытия также легко защищает острые инструменты от сколов при обычном использовании. Науглероживание также обычно повышает износостойкость, продлевая срок службы инструментов и металлических изделий.


КОНТАКТ BUNTY LLC

Для получения дополнительной информации о наших услугах свяжитесь с нами через удобную форму на сайте или отправьте запрос на расценки напрямую.

Мы приветствуем ваши запросы.

Что такое науглероживание/карбонитрирование?

Науглероживание — это термохимический процесс, при котором углерод диффундирует в поверхность низкоуглеродистой стали для увеличения содержания углерода до достаточного уровня, чтобы поверхность реагировала на термическую обработку и образовывала твердый износостойкий слой.Обычно используются три типа науглероживания:
  • газовое науглероживание
  • жидкое науглероживание (или цианирование)
  • твердый (пакет) науглероженный
Все три процесса основаны на превращении аустенита в мартенсит при закалке. Увеличение содержания углерода на поверхности должно быть достаточно высоким, чтобы получить мартенситный слой с достаточной твердостью, обычно 700HV, чтобы обеспечить износостойкую поверхность. Требуемое содержание углерода на поверхности после диффузии обычно равно 0.от 8 до 1,0%С. Эти процессы могут быть выполнены на широком спектре простых углеродистых сталей, легированных сталей и чугунов, где объемное содержание углерода составляет максимум 0,4% и обычно меньше 0,25%. Неправильная термическая обработка может привести к окислению или обезуглероживанию. Несмотря на относительно медленный процесс, науглероживание может использоваться как непрерывный процесс и подходит для поверхностного упрочнения в больших объемах.

 

Газовая науглероживание

При газовой цементации деталь выдерживают в печи, содержащей метан или пропан с нейтральным газом-носителем, обычно смесью N 2 , CO, CO 2 , H 2 и CH 4 .При температуре науглероживания метан (или пропан) разлагается на поверхности детали на атомарный углерод и водород, при этом углерод диффундирует на поверхность. Температура обычно составляет 925°C, а время науглероживания колеблется от 2 часов для гильзы толщиной 1 мм до максимум около 36 часов для гильзы толщиной 4 мм. Закалочной средой обычно является масло, но может быть вода, рассол, каустическая сода или полимер.

 

Жидкое науглероживание (или цианирование)

Жидкостное или цианидное науглероживание проводят путем помещения детали в соляную ванну при температуре от 845 до 955°С.Соль обычно представляет собой смесь цианида, хлорида и карбоната и очень токсична. Соли цианидов вносят небольшое количество азота в поверхность, что дополнительно повышает ее твердость. Хотя это самый быстрый процесс науглероживания, он подходит только для небольших партий.

 

Твердое (пакетное) науглероживание

При сплошном или пакетном науглероживании компоненты окружены науглероживающей средой и помещены в герметичную коробку. Средой обычно является кокс или древесный уголь, смешанный с карбонатом бария.Процесс на самом деле представляет собой науглероживание газа, поскольку образующийся CO диссоциирует на CO 2 и углерод, который диффундирует на поверхность компонентов. Температура обычно составляет от 790 до 845 ° C в течение времени от 2 до 36 часов. Науглероживание с науглероживанием является наименее сложным процессом науглероживания и поэтому остается широко используемым методом.

 

Карбонитрация

Карбонитрация проводится для аналогичного ряда сталей, хотя объемное содержание углерода может достигать от 0,4 до 0.5%. Этот процесс особенно подходит для упрочнения поверхности компонентов, для которых требуется сквозное упрочнение сердцевины, таких как шестерни и валы. Карбонитрация представляет собой модификацию газовой науглероживания, при которой аммиак добавляется к метану или пропану и является источником азота.

См. дополнительную информацию о материалах и управлении коррозией или свяжитесь с нами.

Что такое науглероживание? – Определение, типы и процесс

Что такое науглероживание?

Науглероживание — это процесс цементации, при котором углерод диффундирует в поверхностный слой стальной детали при температуре, достаточно высокой для изменения структуры зерен стали.Это изменение позволяет стали поглощать углерод. В результате получается износостойкий слой, который делает науглероживание идеальным процессом для производства прочных и безопасных металлов.

Науглероживание — это процесс термической обработки, при котором железо или сталь поглощают углерод, в то время как металл нагревается в присутствии углеродсодержащего материала, такого как древесный уголь или монооксид углерода. Цель состоит в том, чтобы сделать металл более твердым.

В зависимости от количества времени и температуры пораженный участок может различаться по содержанию углерода.Более длительное время науглероживания и более высокие температуры обычно увеличивают глубину диффузии углерода.

Когда железо или сталь быстро охлаждают путем закалки, более высокое содержание углерода на внешней поверхности становится твердым из-за превращения аустенита в мартенсит, в то время как ядро ​​остается мягким и прочным, как ферритная и/или перлитная микроструктура.

Этот производственный процесс можно охарактеризовать следующими ключевыми моментами:

  • Применяется к заготовкам с низким содержанием углерода;
  • Детали находятся в контакте с высокоуглеродистым газом, жидким или твердым;
  • Производит твердую поверхность заготовки; Сердечники заготовки в значительной степени сохраняют свою ударную вязкость и пластичность, а
  • обеспечивает глубину твердости корпуса до 0.25 дюймов (6,4 мм).

В некоторых случаях он служит средством от нежелательного обезуглероживания, которое произошло ранее в производственном процессе.

Метод науглероживания

Науглероживание стали включает термическую обработку металлической поверхности с использованием источника углерода. Науглероживание может быть использовано для увеличения поверхностной твердости низкоуглеродистой стали. Ранняя науглероживание использовала прямое нанесение древесного угля вокруг обрабатываемого образца, но современные методы используют углеродсодержащие газы или плазму.

Процесс зависит главным образом от состава окружающего газа и температуры печи, которую необходимо тщательно контролировать, поскольку тепло может также повлиять на микроструктуру остального материала. Для применений, где требуется большой контроль над составом газа, науглероживание может происходить при очень низком давлении в вакуумной камере.

Плазменная науглероживание все чаще используется для улучшения характеристик поверхности различных металлов, особенно нержавеющей стали. Процесс экологически чистый.Он также обеспечивает равномерную обработку компонентов сложной геометрии, что делает его очень гибким с точки зрения обработки компонентов.

Процесс науглероживания основан на диффузии атомов углерода в поверхностные слои металла. Поскольку металлы состоят из атомов, тесно связанных в металлическую кристаллическую решетку, атомы углерода диффундируют в кристаллическую структуру металла и либо остаются в растворе, либо реагируют с элементами основного металла с образованием карбидов.

Если углерод остается в твердом растворе, сталь подвергают термообработке для ее упрочнения.Оба этих механизма упрочняют поверхность металла, первый за счет образования перлита или мартенсита, а второй за счет образования карбидов. Оба эти материала твердые и устойчивы к истиранию.

Газовая науглероживание обычно проводится при температуре от 900 до 950 °С.

При кислородно-ацетиленовой сварке науглероживающее пламя представляет собой пламя с низким содержанием кислорода, которое дает копоть и низкотемпературное пламя. Его часто используют для отжига металла, делая его более ковким и гибким в процессе сварки.

Типы науглероживания

В прошлом, в зависимости от источника углерода, существовало три типа методов науглероживания: твердое науглероживание, жидкостное науглероживание и газовое науглероживание. Соответственно используются древесный уголь, расплавленная соль и углеродсодержащие газы, такие как природный газ и пропан.

Обычно используются три типа науглероживания:

  • Газовое науглероживание
  • Жидкое науглероживание
  • Твердое науглероживание

Все три процесса основаны на превращении аустенита в мартенсит во время закалки.Увеличение содержания углерода на поверхности должно быть достаточно высоким, чтобы получить мартенситный слой с достаточной твердостью, обычно 700 HV, чтобы обеспечить износостойкую поверхность.

Требуемое содержание углерода на поверхности после диффузии обычно составляет от 0,8 до 1,0 % С. Эти процессы можно проводить на различных углеродистых сталях, легированных сталях и чугунах, в которых содержание углерода в массе максимально 0,4% и обычно менее 0,25%. Неправильная термическая обработка может привести к окислению или обезуглероживанию.

Хотя это относительно медленный процесс, науглероживание может использоваться как непрерывный процесс и подходит для поверхностного упрочнения в больших объемах.

1. Газовая цементация

Газовая цементация включает нагрев углеродистой стали до температуры аустенизации в присутствии богатой углеродом атмосферы. Обычно используется газ-носитель, такой как эндотермический («эндо») газ, наряду с обогащением углеводородами (природный газ или пропан).

Компонент хранится в печи, содержащей атмосферу метана или пропана с нейтральным газом-носителем, обычно смесью N2, CO, CO2, h3 и Ch5.При температуре науглероживания метан (или пропан) разлагается на поверхности детали на атомарный углерод и водород, при этом углерод диффундирует на поверхность.

Температура обычно составляет 925 °C, а время науглероживания колеблется от 2 часов для корпуса глубиной 1 мм до максимум 36 часов для корпуса глубиной 4 мм. Закалочной средой обычно является масло, но это может быть вода, солевой раствор, едкий натр или полимер.

2. Вакуумное науглероживание

Этот процесс науглероживания включает бескислородную среду низкого давления.В этом процессе используются газообразные углеводороды, такие как метан. Поскольку в окружающей среде отсутствует кислород, температуру науглероживания можно повышать, не беспокоясь об окислении. Чем выше температура, тем выше растворимость углерода и скорость диффузии, что сводит к минимуму время, необходимое для глубины цементации.

3. Жидкостное цементирование

Жидкостное цементирование — это процесс, используемый для цементации стальных или железных деталей. Детали выдерживают при температуре выше Ac1 в расплавленной соли, которая вводит в металл углерод и азот или только углерод.Большинство жидких науглероживающих ванн содержат цианид, который вводит в корпус как углерод, так и азот.

Жидкости или цианиды науглероживаются путем помещения компонента в соляную ванну при температуре от 845 до 955°С. Соль обычно представляет собой смесь цианида, хлорида и карбоната и очень токсична. Соли цианидов вносят в поверхность небольшое количество азота, что дополнительно повышает ее твердость. Хотя это самый быстрый процесс науглероживания, он подходит только для небольших партий.

4. Науглероживание в твердом состоянии (науглероживание в пакете)

Науглероживание в твердом или пакетном науглероживании представляет собой процесс, при котором монооксид углерода, полученный из твердого соединения, разлагается на поверхности металла на образующиеся углерод и диоксид углерода. Контейнеры для науглероживания изготавливают из углеродистой стали, углеродистой стали с алюминиевым покрытием или железо-никель-хромовых жаропрочных сплавов.

Компоненты окружены науглероживающей средой и помещены в герметичную коробку. Средой обычно является кокс или древесный уголь, смешанный с карбонатом бария.Этот процесс на самом деле представляет собой процесс науглероживания газа, поскольку образующийся СО диссоциирует на СО2 и углерод, которые диффундируют на поверхность компонентов.

Температура обычно составляет от 790 до 845 °C в течение времени от 2 до 36 часов. Науглероживание с набивкой является наименее сложным процессом науглероживания и поэтому остается широко используемым методом.

Нитроцементация

Нитроцементация проводится на аналогичном сечении стали, хотя содержание углерода по массе может быть равно 0.4-0,5%. Способ особенно подходит для упрочнения поверхности компонентов, требующих закаленного сердечника, таких как зубчатые колеса и валы.

Карбонитрация представляет собой модификацию газовой цементации, при которой аммиак добавляется к метану или пропану и является источником азота.

Часто задаваемые вопросы.

Что такое науглероживание?

Науглероживание — это процесс цементации, при котором углерод диффундирует в поверхностный слой стальной детали при температуре, достаточно высокой для изменения структуры зерен стали.Это изменение позволяет стали поглощать углерод.

Что такое процесс науглероживания?

Науглероживание — это процесс поверхностного упрочнения, при котором металлическая деталь или компонент с низким содержанием углерода нагревается в газовой среде, богатой углеродом. Процесс нагревания металлического компонента в среде с высоким содержанием углерода обеспечивает диффузию атомов углерода непосредственно на поверхность детали, которую необходимо упрочнить.

Какие существуют три типа науглероживания?

Исторически существует три типа методов науглероживания в зависимости от источника углерода: твердое науглероживание, жидкостное науглероживание и газовое науглероживание.Соответственно используются древесный уголь, расплавленная соль и углеродсодержащие газы, такие как природный газ и пропан.

Какие существуют виды науглероживания?

Виды карбаризации 1. Упаковка Carburizing
1. Газ Carburizing
2. Вакуумная карбаризация
3. Карбаризация вакуума
4. Карбаризация жидкости

стали (также известные как цементируемые стали) широко используются в тех случаях, когда требуется высокая поверхностная твердость в сочетании с хорошей ударной вязкостью сердцевины, а также высокой прочностью и сопротивлением усталости.Эти стали были предпочтительным материалом в течение нескольких десятилетий для изготовления таких компонентов, как шестерни, валы или подшипники. В зависимости от области применения и размера компонентов были установлены следующие системы сплавов:

  1. (я)

    Хромистые стали для небольших деталей, когда требуется только низкая прокаливаемость.

  2. (ii)

    Марганцево-хромистые стали средней прокаливаемости для деталей легковых автомобилей.

  3. (iii)

    Хромомолибденовые стали средней/высокой прокаливаемости для деталей легковых и грузовых автомобилей.

  4. (4)

    Хромоникель-молибденовые стали с высокой прокаливаемостью для тяжелонагруженных деталей машин и грузовых автомобилей.

  5. (в)

    Хромоникелевые стали с высокой прокаливаемостью для деталей с особыми требованиями к ударной вязкости.

В рамках этих систем сплавов на различных основных рынках доступны стандартизированные марки стали, обеспечивающие гарантированный спектр механических свойств. Цементируемые стали достигли высокой степени технической зрелости, что обусловлено спецификацией материалов, а также высокими стандартами обработки [1].Изготовление компонента включает в себя сложную последовательность отдельных операций формовки, механической обработки и термической обработки, включая собственно цементацию (см. рис. 1). Во время науглероживания детали нагревают до температуры аустенитного диапазона в присутствии углеродсодержащей газовой атмосферы. Большинство установленных промышленных процессов ограничивают эту температуру до 950 °C. При длительной выдержке в этих условиях углерод диффундирует в приповерхностный слой. С увеличением времени выдержки увеличивается глубина диффузии.В конце времени диффузии устанавливается профиль концентрации углерода выше, чем у ранее существовавшего углерода в стали, с самым высоким уровнем углерода близко к поверхности. Последующая закалка из аустенита приводит к образованию твердого поверхностного слоя с мартенситной микроструктурой, особенно в науглероженном слое. В глубине материала развивается бейнитная или ферритно-перлитная микроструктура из-за меньшего содержания углерода, а также уменьшенной скорости охлаждения. Что касается твердости поверхности обработки науглероживанием, глубина слоя и твердость сердцевины являются характерными критериями, которые обычно указываются.После науглероживания и закалки можно опционально применить отжиг при умеренных температурах, облегчающий механическую обработку, такую ​​как шлифование.

Рис. 1

Типовые технологические процессы для изготовления науглероженных компонентов корпуса

В последние годы растущие требования, связанные с применением, к науглероженным компонентам корпуса указывают на некоторые недостатки существующих сплавов [2]. Например, большие шестерни в мощных ветряных мельницах регулярно выходили из строя из-за поломки зубьев шестерен или точечной коррозии на фланцах шестерен [3, 4].Такой катастрофический отказ требует полной замены редуктора, что сопряжено с высокими затратами на замену, а также с потерей эксплуатационного дохода из-за простоя объекта.

В автомобильной промышленности возник ряд новых задач, направленных на снижение расхода топлива и выбросов. Легкий вес кузовов легковых автомобилей имеет высокий приоритет в этом отношении, но также все больше внимания уделяется снижению веса компонентов трансмиссии. Однако, когда редуктор может быть спроектирован с меньшими размерами, что позволяет достичь меньшего веса, удельная эксплуатационная нагрузка на отдельные компоненты возрастет.Другой тенденцией к сокращению расхода топлива является уменьшение размеров двигателя, что обычно сопровождается турбонаддувом. Тем не менее, характеристика двигателя с турбонаддувом заключается в том, что моментально возникает гораздо более высокий крутящий момент во всем рабочем диапазоне по сравнению с двигателем без наддува, который наращивает крутящий момент более постепенно. Следовательно, у двигателей с турбонаддувом удельная нагрузка на компоненты коробки передач значительно возрастает.

Коробки передач грузовых автомобилей стандартно подвергаются высоким удельным нагрузкам от входного крутящего момента до 3 500 Н·м.{6}\) км. Кроме того, коробки передач грузовых автомобилей могут подвергаться резкому повышению рабочей температуры в течение коротких промежутков времени при движении с высокой нагрузкой при недостаточном охлаждении [1]. Повышенная температура может стать достаточно высокой, чтобы вызвать размягчение науглероженной стали корпуса из-за эффектов отпуска. Это размягчение снижает несущую способность зубчатого колеса и, вероятно, отрицательно влияет на трение и свойства износа на поверхности. Эта же проблема также наблюдалась как причина выхода из строя коробки передач ветряных электростанций.

Однако любое возможное техническое усовершенствование всегда будет оцениваться по его стоимости. Принимая во внимание типичную структуру затрат на автомобильный редуктор (см. рис. 2), очевидно, что наибольшее влияние оказывают материалы и термообработка. Помимо этого, механическая обработка также вносит значительный вклад в структуру затрат.

Рис. 2

Типовая структура затрат на изготовление редуктора

Что касается стоимости материала, вклад легирующих элементов является наиболее существенным.В то время как марганец и хром относительно дешевы, молибден и хром более дороги. В целом цена на эти легирующие элементы не является стабильной, а подвержена волатильности в зависимости от глобальной ситуации со спросом и предложением. Были попытки снизить стоимость сплава науглероженных сталей путем замены более дорогих Cr-Mo или Cr-Mo-Ni сталей на более дешевые Cr-Mn стали. В некоторых случаях для повышения прокаливаемости при сравнительно низких затратах применялось микролегирование бором. Однако такая замена сплава всегда должна быть проверена на соответствие эксплуатационным характеристикам.В первую очередь нет смысла экономить на стоимости сплава, когда результатом является более низкая производительность в процессе эксплуатации и предстоящие высокие затраты на ремонт и простои, превышающие первоначальную экономию.

Значительное повышение эффективности возможно за счет оптимизации науглероживающей термообработки. При повышении температуры науглероживания выше установленного верхнего предела 950 °С скорость диффузии углерода увеличивается и, соответственно, сокращается время обработки до достижения заданной глубины гильзы [5, 6]. Поскольку науглероживание представляет собой периодический процесс, через данную систему печей за единицу времени можно перемещать большее количество партий, что в конечном итоге может уменьшить общее количество необходимых установок для термообработки и, таким образом, сэкономить капиталовложения.В таблице 1 показано увеличение эффективности обработки науглероживанием, а также общий цикл термообработки в системе вакуумного науглероживания. При повышении температуры науглероживания с 930 °C до 1 030 °C время диффузии сокращается на 65 %, а общее время цикла сокращается на 40 % [7]. Однако следует отметить, что для повышения температуры науглероживания до такого более высокого уровня необходимо специальное печное оборудование. Кроме того, сталь, подвергаемая воздействию повышенной температуры, должна сопротивляться чрезмерному укрупнению зерна.

Таблица 1 Влияние температуры науглероживания на время обработки [7]

Еще один важный аспект, связанный с затратами, связан с деформацией закалки после науглероживания. Такие искажения необходимо исправлять жесткой обработкой. Эта операция правки требует дополнительного времени на обработку, довольно дорогого инструмента, а также удаляет часть жесткого корпуса.

Вакуумная цементация по сравнению с газовой цементацией

❮ Вернуться к блогу

Вакуумная цементация по сравнению сГазовая цементация

16 декабря 2020 г.

Науглероживание — ценный процесс обработки, который упрочняет металлы. Он используется, потому что многие низкоуглеродистые стали не способны выдерживать нагрузки и износ, необходимые в промышленности и многих других областях.

Компания Specialty Steel Treating, Inc. предлагает несколько методов науглероживания, включая вакуумное и газовое науглероживание. Понимание того, как работают эти методы, а также различные преимущества и недостатки каждого из них, поможет вам принять правильное решение о том, как вы хотите обрабатывать свои стальные изделия.

Понимание методов науглероживания

Общий процесс науглероживания стали включает ее нагревание с подачей поблизости богатого углеродом материала. Это приведет к увеличению содержания углерода в стали.

Науглероживание может быть достигнуто с использованием твердого источника углерода (такого как древесный уголь), жидкого источника или газообразного источника (такого как монооксид углерода). Хотя в ранних версиях этого процесса использовался древесный уголь, сегодня почти все науглероживание осуществляется с помощью газа, поскольку он значительно более однороден и его легче контролировать.

Процесс может осуществляться при атмосферном давлении. Это также можно сделать при низком давлении в вакууме. Последний обеспечивает некоторые полезные характеристики, особенно связанные с управлением.

В настоящее время науглероживание атмосферным газом является наиболее часто используемым процессом. Хотя как при атмосферном, так и при вакуумном науглероживании может использоваться газ, термин «газовое науглероживание» обычно используется для обозначения атмосферного варианта. Несмотря на популярность этого варианта, вакуумная цементация имеет большой потенциал и может быть лучшим выбором во многих случаях.

Вакуумная цементация

Процесс вакуумной цементации представляет собой модифицированную версию газовой цементации, которую можно проводить при давлении значительно ниже атмосферного. Атмосферное давление составляет около 760 Торр, в то время как вакуумная цементация проводится при давлении всего один Торр.

Преимущества

Результатом этого является более чистый и последовательный процесс науглероживания. Это также имеет тенденцию быть быстрее. По сравнению с науглероживанием атмосферным газом есть несколько практических преимуществ:

  • Простая интеграция: Детали значительно чище после вакуумной цементации.Это упрощает интеграцию в производственный процесс благодаря превосходным результатам.
  • Расширенный контроль автоматизации: Этот процесс можно строго контролировать, поскольку вакуумное давление устраняет многие переменные. Это может привести к более точному и специфическому лечению.
  • Повышенная температура: Этот процесс допускает более высокие температуры. Некоторые приложения могут выиграть от более высокой температуры.
  • Стабильные результаты: Чистота процесса означает, что результаты очень стабильны.

Недостатки

Конечно, использование вакуумного давления не лишено недостатков. Вот некоторые из недостатков:

  • Большие первоначальные инвестиции: Оборудование для вакуумной цементации стоит дорого. Хотя это не так сильно беспокоит клиентов, занимающихся обработкой специальной стали, это является причиной медленного внедрения.
  • Чистота важна: Для достижения оптимальных результатов оборудование необходимо содержать в чистоте.Кроме того, процесс может производить много сажи и смолы, которые необходимо удалить.

Газовая цементация

Газовое науглероживание имеет много общего с вакуумным науглероживанием. Однако вместо этого это делается при атмосферных температурах.

Преимущества

Во многих случаях это может быть отличным вариантом. Вот некоторые из преимуществ:

  • Низкая стоимость: Первоначальная стоимость намного ниже для этого типа науглероживания.
  • Адекватный контроль: Использование газов может дать хороший контроль даже при атмосферном давлении. Таким образом, во многих случаях этот процесс обеспечивает достаточный контроль лечения.
  • Отличные результаты: По сравнению с науглероживанием в твердом или жидком состоянии, газовый процесс дает превосходные результаты. Ваши стальные изделия будут очень эффективно закалены.

Недостатки

По сравнению с вакуумной цементацией у нее есть некоторые недостатки. Вот самые примечательные:

  • Требования к постобработке: Снижение точности может потребовать некоторой постобработки и финишной обработки.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.