ГлавнаяСталЦементация стали 20х

    3.2 Технологические процессы термической обработки. Цементация стали 20х


    расшифровка марки, эксплуатационные характеристики и область применения

    Для изменения основных эксплуатационных качеств металлов довольно часто проводиться процесс легирования. Он предусматривает включение в основной состав металла дополнительных химических элементов, которые способны изменить определенные свойства. Процесс легирования настолько распространен, что большинство современных металлов относится именно к этой группе. Примером можно назвать сталь 20х. Она является представителем группы конструкционных сталей, но при этом в состав был добавлен хром для изменения некоторых эксплуатационных качеств металла. Рассмотрим сталь 20х, характеристики, применение и многие другие качества подробнее.

    Расшифровка марки

    Проводить расшифровку маркировки конструкционных сталей достаточно просто. Рассматриваемый металл имеет следующий состав:

    1. Содержание углерода составляет от 0,17 до 0,23%. Этот элемент определяет твердость и хрупкость металла.
    2. Легирование в этом случае проводится путем добавления в состав хрома. Тот момент, что после буквы, обозначающей элемент, не стоит цифра указывает на концентрацию хрома в составе не более одного процента.
    3. Присутствуют и другие элементы, свойственные конструкционным сталям.

    Легирование рассматриваемого металла проводится для того, чтобы повысить твердость поверхностного слоя, оставив сердцевину менее прочной и более гибкой.

    Основные свойства

    Распространение рассматриваемого металла связано с тем, что он имеет относительно небольшую стоимость и подходит для изготовления самых различных деталей. Основными свойствами можно назвать нижеприведенную информацию:

    1. Часто в качестве термической обработки проводится нормализация. Она позволяет сделать материал более устойчивым к механическому воздействию.
    2. Удельный вес составляет 7830 килограмм на метр кубический.
    3. Твердость поверхности относительно невысокая, но зачастую этого вполне достаточно для изготовления различных неответственных деталей.
    4. Есть возможность проводить обработку резанием, для чего проводится предварительный нагрев металла.
    5. За счет добавления в состав хрома существенно повышается степень свариваемости. Исключением можно назвать случай, когда нужно провести сваривание деталей, которые предварительно прошли процесс химико-термической обработки.
    6. Нет склонности к отпускной хрупкости.

    Кроме этого, не стоит забывать, что присутствие небольшого количества хрома в составе не приводит к повышению коррозионной стойкости. Поэтому сталь не подходит для изготовления деталей, которые будут эксплуатироваться в агрессивной среде.

    Особенности и область применения

    Область применения рассматриваемой стали весьма обширна. Примером можно назвать получение скоб и шаблонов большой длины. Для повышения жесткости и твердости поверхностного слоя дополнительно проводится цементирование в масле.

    Чаще всего сталь 20х применяется для получения:

    1. Гильз;
    2. Втулок;
    3. Шестерен;
    4. Дисков;
    5. Рычагов;
    6. Обоймы.

    При необходимости рассматриваемый металл заменяется аналогами 15Х или 18ХГТ. В других странах есть аналоги этой стали, которые маркируются по иным стандартам.

    В качестве заготовки на заводы поставляют:

    1. Прокат после отжига;
    2. Горячекатаный прокат.

    Относительно невысокая прочность структуры и другие физико-химические качества определяют нижеприведенные особенности применения металла:

    1. При изготовлении измерительного инструмента, который при финишной обработке не подвергается процессу шлифования, рекомендуется проводить термическую обработку, представленную сочетанием закалки и отпуска.
    2. Рекомендуется выполнять цементацию при изготовлении ответственных инструментов. В зависимости от толщины самого инструмента выбирается наиболее подходящая глубина цементации.
    3. Для нагрева металла под закалку могут применяться камерные печи. Охлаждение выполняется в соляных или свинцовых ваннах. Если конфигурация детали сложная, то выполняется подогрев путем двукратного или трехкратного погружения с расплавленную соль. За счет этого обеспечивается равномерность разогрева структуры.
    4. Охлаждение можно проводить в масляной ванной или в расплавленной соли. За счет этого можно существенно уменьшить степень проявления дефектов.
    5. Целью проводимого отпуска становится снижение внутренних напряжений, которые могут возникать при проведении закалки. Подобные напряжения становятся причиной образования трещин и других дефектов на момент шлифования или выполнения чистовой обработки.

    Довольно часто встречается ситуация, когда для сохранения размеров инструмента проводится его обработка холодом.

    Вышеприведенная информация определяет то, что подобная сталь в большинстве случаев применима только при условии последующей химико-термической обработки. Поэтому в последнее время все чаще используют аналоги, которые обладают более высокими эксплуатационными качествами.

    tokar.guru

    1.3 Виды термической обработки

    1.3.1 Цементация

    Цементация используется для стали 20Х2Н4А.

    После заданной (длительной) выдержки в шахтной печи при температуре цементации (930 – 950 °С) изделия охлаждают в масле до 200 – 300 °С (чтобы при охлаждении не происходило образования мартенсита). Затем изделия переносят в печь, нагретую до 550 °С, для проведения первой ступени высокого отпуска и выдерживают 8 – 12 часов. Затем температуру отпуска повышают до 630 °С, и детали выдерживают 8 – 12 часов, охлаждают на воздухе. Цель высокого отпуска – наиболее полное разложение аустенита, сохранившегося (свыше 90%) в цементованном слое после неполного охлаждения с температуры цементации, на феррито – цементитную смесь.

    Затем шары помещают в шахтную печь для закалки. Температура нагрева 790 – 810 °С, время выдержки 2 – 3,5 часа. Охлаждают шары в масле до полного охлаждения. После промывки производят отпуск закаленных шаров при 160 – 170 °С с выдержкой 12 часов и охлаждением на воздухе. После закалки и отпуска твердость поверхности HRC 58 – 62, сердцевины HRC 30 – 45. Микроструктура поверхностного слоя – скрыто – или мелкоигольчатый мартенсит и карбиды. После шлифования проводят дополнительный отпуск при 130 – 140 °С в

    1.3.2 Термическая обработка для стали шх15

    В процессе получения стали нужной твердости ее подвергают отжигу и закалке.

    Процедура отжига на твердость порядка НВ 190 обеспечивает обрабатываемость полуфабрикатов резанием и штампуемость деталей в холодном состоянии. Закалка шариков подшипника осуществляется в масле при температурах 840 – 860 °C. Перед отпуском детали охлаждают до 20 – 25 °C для обеспечения стабильности их работы (за счет уменьшения количества остаточного аустенита). Отпуск стали проводят при 150 – 170 °C в течение 1 – 2 часов [10].

    1.4 Выводы из литературного обзора

    Для изготовления подшипников, работающих при нормальных температурах материал для шариков подшипников качения должен обладать следующими важными свойствами: высокой твердостью, чтобы сопротивляться износу (не менее HRC 63), высокой прочностью и ударной вязкостью, чтобы сопротивляться разрушению и хорошей теплостойкостью (не менее 70 °С)

    Сравнивая физико – механические свойства сталей и твердых сплавов, наиболее целесообразно использование стали ШХ15 т.к. по своим физико – механическим свойствам данная сталь превосходит другие, применяемые для изготовления деталей подшипника.

    Сталь ШХ15 содержит химические элементы: кремний 0,17 – 0,37 %, медь не более 0,25 %, марганец 0,20 – 0,40 %, никель не более 0,30% , фосфор не более 0,027 %, хром 1,30 – 1,65%, сера не более 0,020%.

    Для стали характерно:  предел текучести (условный) σ 0,2 = 370 – 410 МПа, временное сопротивление σ B = 590 – 730 МПа, относительное удлинение после разрыва  = 15 – 25% , относительное сужение после разрыва  = 35 – 55% , твердость HB 179 – 207, модуль нормальной упругости Е=211 ГПа, теплостойкость 150 – 160 °С, хорошая шлифуемость. Диаметр шариков должен быть до 150 мм.

    Получаемые шарики должны соответствовать требованиям ГОСТ 3722 Материалы. Твердость колец и тел качения [9].

    studfiles.net

    Домашнее задание по курсу ”Материаловедение” Вариант д-20

    МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

    ИМ. Н.Э.БАУМАНА

    Выполнил: студент гр. Э7-42 Валов А.Д.

    Проверила : Гресс М.А.

    Москва 2006г.

    Условие задания

    Для наиболее нагруженных зубчатых колес, работающих в условиях высокой температуры (250-350 °С) используются комплексно легированные теплостойкие цементируемые стали 12Х2НВФА

    20Х3МВФ-Ш

    16Х3НВФМБ-Ш

    1. Зубчатое колесо трансмиссии авиационного двигателя изготавливается из стали 20Х3МВФ-Ш. Назначьте режимы цементации и последующей термической обработки, обеспечивающей эффективную толщину слоя 1,1 – 1,3 мм, твердость на поверхности HRC59-62 твердость сердцевиныHRC38-42. Постройте график термической обработки, включающий цементацию и последующую термическую обработку в координатах температура-время

    2. Опишите процесс химико-термической обработки, а также структурные превращения, происходящие на поверхности и в сердцевине детали на всех этапах термической обработки.

    3. Приведите основные сведения о стали:

    - химический состав по ГОСТу;

    - область применения;

    - требования, предъявляемые к этому виду изделий;

    - механические и технологические свойства;

    - влияние легирующих элементов и др.

    Цементация стали

    Технологический процесс диффузионного насыщения углеродом называется цементацией. Обычно после цементации сталь подвергают закалке или отпуску. После такого комплексного процесса концентрация углерода на поверхности стальной детали составляет 0,8-1%, структура низкоотпущенного мартенсита с мелкими сфероидальными карбидами хорошо сопротивляется износу, твердость поверхности равна 750 – 950 HV. Сердцевина детали содержащая 0,08 – 0,25 % С, остается вязкой. Поверхности, не подлежащие цементации, защищают гальваническим омеднением; толщина медного слоя составляет 0,02 – 0,05 мм.

    Цементации обычно подвергают также детали машин, которые должны иметь износостойкую рабочую поверхность: зубчатые колеса, валы и пальцы, распределительные валики, кулачки, червяки и т.д.

    Газовый карбюратизатор

    Исходную среду для цементации (науглероживания) называют карбюратизатором. При газовой цементации в качестве карбюратизатора используют разбавленный природный газ (состоящий почти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана:

    СН4=2Н2+С

    В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу соответствует равновесная концентрация углерода на поверхности стали, называемая углеродным потенциалом. Науглероживание будет происходить, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре.

    Режимы цементации и последующей термической обработки

    Для данной марки стали цементацию следует проводить при температуре 1000 °С. При заданной эффективной толщине цементируемого слоя (за нее принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтоктоидной зоны) от 1,1 – 1,3 мм скорость цементации составит 0,75 мм/ч. Следовательно, время цементации будет составлять 1,2 – 1,7 ч.

    Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка детали. Нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность, а также высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств необходимо мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. Легирующие элементы данной стали (молибден, вольфрам, ванадий) способствуют уменьшению зерна. Поэтому возможна термическая обработка, состоящая из одной закалки и отпуска, что позволит избежать потери поверхностной твердости. Тем не менее следует проводить две закалки и отпуск, так это способствует повышению прочности на изгиб, что важнее в данном случае.

    При первой закалке сталь нагревают до температуры на 30 – 50 °С выше температуры Ас3цементируемой стали (930 - 1000 °С) и закаливают в масле.

    При второй закалке деталь нагревают до температуры, превышающей на 30 – 50 °С температуру Ас1цементируемой стали (830 – 870 °С) и закаливают в масле.

    При отпуске сталь находится при температуре 660 – 700 °С.

    Цементация Закалка Отпуск

    Процесс химико-технической обработки

    Типичная сруктура цементованного слоя на поверхности низкоуглеродистой стали после медленного охлаждения от температуры цементации. Наружная часть слоя, содержащая более 0,8 % С имеет структуру заэвтектоидных сталей – перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границе аустенитных зерен в виде оболочек. Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине, концентрация С уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной стали, причем количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине. Структура после цементации получается крупнозернистой, в связи с длительной выдержкой детали при температуре науглероживания.

    Для обеспечения высокой прочности на изгиб и ударной вязкости необходимо мелкое зерно, как на поверхности детали, так и в сердцевине.

    При первой закалке во всем объеме детали образуется аустенит. Нагрев до температур, лишь немного превышающих Ас3 вызывает перекристаллизацию сердцевины детали, с образование мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре первой закалке весь диффузионный слой переходит в аустенитноет состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита проводят закалку.

    При второй закалке мартенсит, полученный в конце первой закалки отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохранются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в науглероженном слое.

    Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали.

    После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали – низкоуглеродистый мартенсит. Обеспечивается высокая ударная вязкость.

    Характеристика материала 20Х3МВФ

    Классификация: Сталь жаропрочная релаксационностойкая

    Применение: роторы, диски, поковки, прутки, крепежные детали, трубы для химической аппаратуры, работающие при температурах до 550 град.

    Требования к данному виду изделий: детали должны иметь твердую поверхность, высокую прочность на изгиб и при этом вязкую и прочную сердцевину, устойчивую к воздействию циклических и ударных нагрузок. Необходим также высокий предел выносливости и достаточно высокий предел прочности.

    Влияние легирующих элементов

    Хром – растворяясь в феррите и цементите он оказывает благоприятное влияние на механические свойства стали.

    Молибден и вольфрам – дорогие и остродефицитные карьидообразующие элеиенты, которые большей частью находятся в карбидах. Основная цель введения – уменьшение склонности к отпускной хрупкости второго рода. Улучшение свойств комплекснолегированных сталей в результате измельчения зерна. Повышение стойкости к отпуску увеличение прокаливаемости.

    Ванадий – сильный карбидообразователь. Его добавляет в небольшом количестве в стали, содержащие хром для измельчения зерна. Повышенное содержание этого элемента, также как молибдена и вольфрама недопустимо, из-за образвования специальных труднорастворимых при нагреве карбидов. Избыточные карбиды снижают прокаливаемость и, располагаясь по границе зерен, способствуют хрупкому разрушению.

    studfiles.net

    3.2 Технологические процессы термической обработки.

    Изготовление зубчатых колес - многооперационный технологический процесс, где операции механической обработки сочетаются с операциями термической и химико-термической обработки деталей.

    Исходя из заданных технических условий и принятой марки стали, а также учитывая технологические инструкции проектируем технологический процесс изготовления зубчатых колес, включающий в себя следующие операции (см. рисунок 3.1 и приложениеА):

    1. Входной контроль:

    2. Предварительная термическая обработка

    Для получения мелкого и равномерного зерна, улучшения обрабатываемости при механической обработке, и получения требуемого комплекса механических свойств заготовки цементуемых деталей (поковки и штамповки). подвергаются нормализации.

    Нормализацию проводят при нагреве выше точки АС3 на 30 - 50ºС с выдержкой, необходимой для полного и равномерного нагрева садки в печи и затем охлаждение на воздухе.

    Так как некоторые легированные стали после нормализации имеют закаленную структуру, их подвергают высокотемпературному отпуску.

    Режим нормализационного отжига стали 20Х3Н3МФБА :

    температура посадки t = 600 – 940ºС, температура нагрева t = 940±10 ºС, продолжительность нагрева 3 ч, время выдержки 2ч, охлаждение – воздух 8-12 часов.

    Режим высокотемпературного отпуска стали 20Х3Н3МФБА :

    температура посадки t = 400 – 700ºС, температура нагрева t = 700±20 ºС, продолжительность нагрева 3 ч, время выдержки 3ч, охлаждение – воздух.

    1. Механическая обработка - процесс получения деталей требуемых размеров, форм и качества поверхностей, отвечающих требованиям чертежа.

    4. Цементация. Эксплуатационную прочность зубчатых колес повышают путем упрочнения рабочей поверхности. Наиболее простым и распространенным способом термического поверхностного упрочнения служит цементация. Её применение повышает прочность зуба в 3 – 4 раза.

    Цементацией стали называется процесс поверхностного насыщения стальных изделий углеродом. Для поверхностного насыщения стальных изделий углеродом их нагревают в богатых углеродом средах, которые называются карбюризаторами. В зависимости от используемого карбюризатора различают три вида цементации: в твердом карбюризаторе, газовую и жидкостную. Наиболее совершенной является газовая цементация, т.к. имеет ряд преимуществ:

    1) можно получить заданную концентрацию углерода в слое;

    2) сокращается длительность процесса, т.к. отпадает необходимость прогрева твердого карбюризатора;

    3) поверхность стали насыщается углеродом с повышенной скоростью и весь цикл резко сокращается, т.к. карбюризатор в процесс цементации непрерывно обновляется путем подачи в рабочее пространство печи свежего газа;

    4) отпадает необходимость транспортировки и хранения и хранения угольного порошка, цементационных ящиков

    5) обеспечивается возможность механизации процесса.

    Сущность газовой цементации заключается в то, что цементуемые изделия нагревают в герметически закрытом рабочем пространстве печей, куда в течение всего процесса цементации непрерывно подается цементующий газ. При нагреве в области температуры цементации такие газы разлагаются и выделяют на поверхности цементуемых изделий атомы активного углерода, который диффундирует в глубь металла.

    Наиболее качественный цементованный слой получается при использовании в качестве газового карбюризатора природного газа, т.к. он имеет высокую цементирующую активность, что объясняется постоянством химического состава. Природный газ имеет следующий химический состав: СН4 = 98%, С2Н6 + С3Н8 = 0,5%, С4Н10 = 0,02%, N2 = 1,18%, СО2 = 0,3%.

    Влияние СО2 как обезуглероживающего газа не отражается на процесс цементации вследствие небольшого его содержания. Природный газ подается в

    цементационную печь непосредственно из газопровода под давление 3920Па (400мм в.ст.). Процесс подачи ведется по ступенчатому режиму. В первый период

    активного насыщения в печь подается большое количество газа. Во второй периоде подачу газа сокращают. Этот метод позволяет уменьшить расход газа, сажистые осадки и получить удовлетворительную чистоту поверхности.

    Цементацию проводят при температурах выше АС3 т.к. диффузионная подвижность углерода в γ-железе значительно выше, чем в α-железе. При этом, чем выше температура нагрева, тем больше скорость диффузии атом углерода и тем за более короткое время можно получить цементованный слой определенной глубины. Но при слишком высокой температуре цементации в цементованном слое появляется грубая цементитная сетка и растут зерна аустенита, т.е. происходит перегрев стали, что сопровождается понижение механических свойств цементованных изделий. Также высокотемпературная цементация может вызвать повышенное коробление деталей. Поэтому на практике температура цементации обычно только на 20 - 30 ºС выше точки АС3 и устанавливается в интервале 900 - 1000°С.

    Изделия, подлежащие цементации, необходимо укладывать так, чтобы цементуемые поверхности – зубья, выступы, канавки пр. во время процесса насыщения интенсивно омывались газами. В противном случае на отдельных участках деталей образуются застойные мешки, поступление активного углерода к таким участкам задерживается, а после цементации на таких поверхностях образуются зоны слабого насыщения – «мягкие пятна». Зубчатые колеса при цементации не должны соприкасаться, зазор между цементуемыми поверхностями должен быть не менее 10мм.

    Общая продолжительность цементации слагается из суммы времени, необходимого для прогрева деталей до рабочей температуры процесса, времени выдержки при этой температуре для получения цементованного слоя заданной глубины и времени подстуживания, если оно производится в печи.

    В процессе подстуживания в печи поддерживается атмосфера, исключающая процесс обезуглероживания.

    После цементации охлаждение обрабатываемых деталей производится на воздухе или в закалочной среде.

    При правильно выполненной цементации стали цементованный слой должен состоять из трех зон:

    1-ая заэвтектоидная, состоящая из перлита и вторичного цементита, образующего сетку по бывшему зерну аустенита;

    2- ая эвтектоидная, состоящая из пластинчатого перлита;

    3-я доэвтектоидная, состоящая из перлита и феррита.

    Содержание углерода в поверхностной зоне цементованного слоя составляет 0,8-1,0%C, при таком его количестве сталь обладает высокой износостойкостью. Дальнейшее увеличение содержание углерода уменьшает пределы выносливости и прочности стали при статических и динамических испытаниях.

    Режим цементации марки стали 20Х3Н3МФБА на глубину 1,2 – 1,6 мм:

    температура посадки t = 910-50ºС; продолжительность нагрева 2 часа; температура цементации t = 910±10ºС; время выдержки 12 – 16 ч; охлаждение стали после цементации производиться с печью до t = 860±10ºС в течении двух часов с расходом газа 10-15 делений по ротаметру, охлаждение с t =860±10ºС на воздухе в течение 4-8 часов.

    1. Высокотемпературный отпуск

    Для разложения остаточного аустенита после цементации применяют высокий отпуск. Это способствует переходу хрома из твердого раствора в карбиды. Обогащенные хромом карбиды при нагреве под закалку растворяются менее полно, что приводит к уменьшению содержания хрома и углерода в аустените. Устойчивость аустенита уменьшается, и после закалки содержание остаточного аустенита в цементованном слое снижается. В результате высокого отпуска снижается также твердость, что позволяет после этой операции

    производить дальнейшую механическую обработку.

    Режим высокотемпературного отпуска после цементации для стали 20Х3Н3МФБА:

    температура нагрева 700±10ºС, продолжительность нагрева – 2 ч, время выдержки 2 ч, охлаждение до ≤200ºС с печью 5-6 ч., далее на воздухе.

    Разрыв по времени между цементацией и высокотемпературным отпуском должен быть не более 4– 8 часов.

    1. Контроль ЦЗЛ: определяется глубина и микроструктура цементованного слоя, контроль концентрации углерода в цементованном слое.

    2. Механическая обработка заключается в снятие слоя, не подлежащего цементации, расточке отверстий.

    3. Окончательная термическая обработка цементованных изделий.

    Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате термической обработки выполняемой после цементации. Эта обработка необходима для того, чтобы исправить структуру, измельчить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно увеличивающееся во время длительной выдержки при высокой температуре цементации, получить высокую твердость в цементованном слое и хорошие механические свойства сердцевины.

    9.1 Закалка. В большинстве случаев, особенно при обработке наследственно мелкозернистых сталей, применяют закалку выше точки АС1 (сердцевины) при t = 820 – 860ºС. Это обеспечивает измельчение зерна и полную закалку цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины. Высокотемпературная закалка направлена на устранение цементитной сетки. Для закалки используем масло индустриальное И12А, И 20А ГОСТ 20799.

    Режим закалки после цементации для стали 20Х3Н3МФБА:

    температура нагрева 845±15ºС, продолжительность нагрева 2ч, время выдержки 1ч, охлаждение масло 30 мин. при t ≤60ºС, далее на воздухе.

    9.2 Низкий отпуск. Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий является низкий отпуск при t = 180ºС, переводящий мартенсит закалки в поверхностном слое в отпущенный мартенсит, снижающий напряжения и

    улучшающий механические свойства.

    В результате термической обработки цементованный слой должен иметь структуру мелкоигольчатого мартенсита и изолированных участков остаточного.

    Режим низкотемпературного отпуска после закалки для стали 20Х3Н3МФБА:

    температура нагрева 180 ºС, продолжительность нагрева 2ч, время выдержки 2ч, охлаждение воздух.

    1. Очистка– дробеструйная проводится с целью удаления окалины с деталей. Для обдувки применяют дробь марки ДЧЛ или ДСЛ фракции 0,8 – 1,0 ГОСТ 1196 – 81.

    11. Контроль ОТК: замер твердости

    Рис. 3.1 Технология изготовления зубчатого колес

    studfiles.net

    3.2.2 Низкоуглеродистые стали для цементации

    Для изготовления деталей, которые работают при условиях трения, ударных и переменных нагрузок, применяют низкоуглеродистые стали, которые содержат до 0,2 % углерода и поддаются цементации с последующими закалкой и низкотемпературным отпуском. Стали для цементации подразделяются на три группы:

    - углеродистые стали с сердцевиной, которая не упрочняется во время последующей термической обработки;

    - низколегированные стали с незначительно упрочняемой сердцевиной;

    - легированные стали с сильно упрочняемой сердцевиной при термической обработке.

    К сталям первой группы относятся стали 10, 15, 20. В результате низкой прокаливаемости их применяют для малоответственных деталей с неупрочняемой сердцевиной. Даже после закалки с охлаждением в воде слои, которые расположены под цементированным слоем, имеют ферритно-перлитную структуру, и, соответственно, низкую твердость и прочность.

    К сталям второй группы относятся низколегированные стали 20Х, 20ХР, 20ХН, которые после цементации подвергают закалке в масле, что позволяет получить бейнитные структуры по сечению детали и следующие механические свойства: sв до 750 МПа, δ до 12%, КСU - 0,6...0,7 МДж/м2.

    К сталям третьей группы относятся стали типа 20ХГР, 20ХНР, 12Х2Н4, 18Х2НВ, 30ХГТ, которые после охлаждения в масле закаливаются на мартенсит. Если после закалки в цементированном слое сохраняется большое количество остаточного аустенита, то такие стали подвергают обработке холодом, а затем низкому отпуску.

    3.2.3 Среднеуглеродистые стали для улучшения

    Эти стали содержат 0,3...0,5%С и легирующие элементы (хром, никель, молибден, вольфрам, марганец, кремний в общем количестве не более 3-5%), а также до 0,3% элементов, которые способствуют получению мелкого зерна аустенита (ванадий, титан, ниобий, цирконий).

    Наибольшее распространение для машиностроения получили конструкционные стали, легированные 0,8...1,2% Cr. Они имеют более высокую прокаливаемость, чем углеродистые стали. Хром способствует получению в стали высокой и равномерной твердости. Температурный интервал хладноломкости хромистых сталей 0...-100оС. При 0оС наблюдается вязкий излом, а при -100оС излом становится полностью хрупким.

    Хромистые стали легируют дополнительно:

    - марганцем для повышения прокаливаемости, но марганец способствует росту зерна и, как следствие, повышает порог хладноломкости;

    - молибденом (0,15 - 0,45%) для повышения прокаливаемости и снижения порога хладноломкости, а также для повышения статической, динамической и усталостной прочности стали;

    - ванадием (0,1 ...0,3%) для уменьшения размера зерна и повышения вязкости;

    - бором (до 0,003%) для повышения прокаливаемости, но при этом повышается порог хладноломкости;

    - титаном (до 0,1%) для измельчения зерна.

    Введение в хромистые стали никеля значительно повышает их прокаливаемость. Дополнительная добавка молибдена в хромоникелевые стали снижает отпускную хрупкость, к которой склонны хромоникелевые стали.

    Термическая обработка таких сталей включает закалку в масле и высокий отпуск (550 - 650°С). Нагрев для закалки проводят до температуры на 30...50°С выше АС3. Для большинства сталей это температура около 850°С.

    Среднеуглеродистые легированные стали при закалке охлаждают в масле, что дает возможность получать мартенситную структуру при значительно меньшем уровне внутренних напряжений.

    При высокотемпературном отпуске (550 - 650°С) среднеуглеродистых сталей следует предусматривать быстрое охлаждение после отпуска, которое предотвращает развитие отпускной хрупкости второго рода. В тех случаях, когда после отпуска невозможно осуществить быстрое охлаждение (например, для крупногабаритных деталей), следует использовать стали, легированные молибденом, который замедляет развитие отпускной хрупкости второго рода.

    Улучшаемые стали могут быть условно разделены на 5 групп. С ростом номера группы растет количество легирующих элементов, увеличивается прокаливаемость и сопротивление хрупкому разрушению.

    К первой группе относятся углеродистые стали 35, 40, 45. Максимальное сечение деталей ( Дкр.), которые прокаливаются на мартенсит, не превышает 10 мм. Переходная температура хладноломкости (t50,оС) равняется -20оС.

    Вторую группу составляют хромистые стали марок 30Х и 40Х. Для этих сталей Дкр и t50,оС составляют, соответственно, 20 мм и – 40оС. Недостатком сталей этой группы является склонность к отпускной хрупкости второго рода.

    Для сталей третьей группы (30ХМ, 40ХГ, 40ХГТ) критический диаметр увеличивается до 25 мм, а переходная температура хладноломкости снижается до -50оС. В эти стали для повышения прокаливаемости дополнительно вводят марганец, а для снижения отпускной хрупкости – молибден. Такие стали, легированные, кроме этого, еще и кремнием, называют хромансилами (20ХГС, 30ХГС). Эти стали хорошо свариваются, имеют прочность sв = 1200 МПа и ударную вязкость КСU = 0,4 МДж/м2.

    Четвертую группу составляют хромоникелевые стали, которые содержат до 1,5% Ni (40ХН, 40ХНМ). Критический диаметр в этих сталях превышает 40 мм, а переходная температура хладноломкости достигает -70оС.

    К пятой группе относят комплекснолегированные стали, которые содержат до 4%Ni (38ХН3М, 38ХН3МФА). Критический диаметр этих сталей больше 100 мм, а t50,оС - ниже -100оС. Из этих сталей изготавливают сложные по конфигурации и большие по сечению детали, которые закаливаются в масле.

    studfiles.net