Главная


Цементация стали




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 21 ... 63 ... 105 ... 147 ... 189 ... 230
42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83


скачать книгу Цементация стали




Расположение и количество неметаллических включений наблюдают через микроскоп и сопоставляют со шкалой. Вклю­
...
чения, как правило, представляют собой неметаллические волокна, расположенные на различной глубине под поверхностью.
...
В цементованных сталях можно не опа­саться влияния включений. Обычно толь­ко крупные или сосредоточенные в одном месте включения увеличивают в цементо­ванном слое склонность к возникновению шлифовочных трещин или трещин, возни­кающих под нагрузкой при работе детали;. такие включения иногда снижают предел усталости и наличие их на полированных рабочих поверхностях недопустимо. Вклю­чения в сердцевине не оказывают вредного влияния до тех пор, пока их количество не понизит ударную вязкость на попереч­ных образцах.
...
Цементованная и закаленная поверх­ность улучшает сопротивление усталости и ослабляет воздействие мелких включе­ний, действующих как надрезы.
...
Окислы алюминия после раскисления стали, особенно в самом мельчайшем кол­лоидном виде, являются причиной возник­новения анормальной структуры в углеро­дистой цементованной стали.
...
Размер зерна аустенита обычно выра­жают в абсолютных размерах величиной ц2 или в относительных — по общеприня­той условной шкале; для этого производят испытание, цементуя образец стали при определенной заранее установленной тем­пературе (испытание по Мак-Квед-Эну).1
...
1 В нецементуемых сталях применяют иные способы определения зерна аустенита (испытание окислением! химическим или вакуумным травлением, диффузией сплавов меди).'
...
Склонность к образованию различных по величине зерен аустенита в стали является «наследственной» и возникает еще при выплавке стали. Появление этой склонности особенно свя­зано со способом раскисления. Для классификации величины зерна применяется известная стандартная шкала (рис. 22,6), согласно которой зерно от 1 до 3-го балла считается крупным (грубым), 4 и 5-го — средним и от 6 до 8-го — мелким. Эту шкалу можно расширить и определять более крупное зерно (0,00,000 и т. д.), а также и более мелкое (9, 10, 11 и т. д.).
...
Цементованный слой мелкозернистой стали обладает хоро­шим качеством. В нем лучше распределяется цементит, чем в крупнозернистой стали; мелкозернистая сталь менее склонна к образованию шлифовочных трещин. Важно иметь мелкое зерно и для обеспечения высокого качества сердцевины. Однако сталь с очень мелким зерном менее выгодна из-за трудностей, возникающих при ее обработке.
...
Сталь, сохраняющая мелкое зерно в процессе длительной выдержки при температуре цементации, позволяет производить закалку непосредственно после цементации с температуры, при которой производилась цементация: снижается стоимость це­ментации и уменьшается коробление деталей. Для сохранения мелкозернистости стали при длительном нагреве, кроме тща­тельного раскисления, нужно подобрать соответствующие при­меси. Из примесей, способствующих сохранению мелкого зерна и задерживающих его рост при длительном нагреве во время цементации в твердых карбюризаторах, заслуживают внимания, кроме молибдена, ванадия и вольфрама, титан и цирконий.
...
При цементации в соляных ваннах и газе, использование которых позволяет достигать быстрого нагрева, опасность уве­личения зерна уменьшается.
...
Только в углеродистой цементованной стали особенно мел­кое зерно обусловливает смещение кривой изотермического пре­вращения аустенита далеко влево; это создает опасность полу­чения при закалке стали анормальной структуры.
...
На закаливаемость цементуемых сталей в сердцевине влияет содержание углерода. Поэтому стараются регулировать свой­ства сердцевины у некоторых марок стали изменением содер­жания углерода при неизменном содержании легирующих эле­ментов. Твердость сердцевины обусловлена содержанием угле­рода. Углерод заэвтектоидной стали, если она закалена пра­вильно, в значительной степени связан с мартенситом. Мартен­сит под влиянием небольшого количества углерода получается очень мягким.
...
также кривые Моора и Арчера, а для чехословацких сталей — кривые Шихта. В обработанном виде кривые Шихта приводятся по результатам, полученным Лабонеком [69]. Влияние углерода на закаливаемость стали отчетливо видно по резкому повыше­нию ее твердости с определенным разбросом точек твердости. Были исследованы более 1000 образцов легированных и неле­гированных сталей выплавки заводов Польди.
...
Напоминаем, что в случае применения легированных сталей изменяется положение эвтектоидной точки, а при одинаковом количестве углерода в легированной и нелегированной стали твердость мартенсита различна (например, в 13%-ной хроми­стой стали с 0,3% углерода может быть получена твердость, соответствующая твердости эвтектоидной углеродистой стали).
...
Метод торцовой закалки слабо отражает прокаливаемость цементуемых сталей, особенно легированных. Температура за-
...
калки при этом испытании соответствует температуре закалки цементуемой стали, предусмотренной режимом; мерой глубины прокаливаемости служит место, где образуется по крайней мере 50% мартенсита. У мягкой стали с малым содержанием углерода существует небольшое различие между твердостями перлита и мартенсита. Так, например, у отожженной перлит­ной стали 16420 твердость перлита равна 210 НУ,
...
В действительности цементованные стали закаливают не при обычной температуре закалки, принимаемой для сердце­вины стали, а подбирают температуру, лежащую между темпе­ратурами закалки слоя и сердцевины; сталь получает полную или неполную закалку.
...
Для цементуемых сталей действителен общий принцип, за­ключающийся в том, что прокаливаемость определяется коли­чеством и составом примесей. Именно поэтому высоколегиро­ванные стали имеют однородные свойства на большей глубине, чем углеродистые стали (рис. 23).
...
Предприняты попытки улучшить прокаливаемость цементуе­мых сталей посредством добавки около 0,001% бора. Стали с добавкой бора обладают более глубокой прокаливаемостью [109] и, кроме того, их цементованный слой надежнее закали­вается. Однако бор не задерживает рост зерен аустенита.
...
Ниже отдельные или родственные марки сталей будут оха­рактеризованы по всем признакам, важным для их выбора и практического применения.
...
Состав этой стали приведен в табл. 4. Она известна под мар­кой Польди и изготовляется в электрической печи. Сталь 12010 соответствует стали 10 по ГОСТ, стали 1010 — по амери­канскому стандарту БАЕ и стали Э1С
...
Сталь 12010 поставляется большей частью как сортовая обычных поперечных сечений и профилей, но металлургические заводы могут поставлять и поковки. Эта сталь иногда встре­чается в виде прокатанных в холодном состоянии лент или ли­стов. В этом случае можно применить стали из класса 11 с соответствующим содержанием углерода (например 11341, 11375).
...
Сталь 12010 химически чистая и содержит очень небольшое количество серы и фосфора. Необходимо принимать во внима­ние случайные примеси никеля, меди и хрома. Присутствие этих элементов может привести к определенному разбросу показате­лей механических свойств после закалки. Чистота по включе­ниям не превосходит обычно балла 3 по шкале включений; зерно аустенита обычно мелкое, в среднем выше, чем балл 5. При бо­лее мелком зерне может возникнуть разброс твердости слоя и возможно появление мягких пятен. При последующей цемен­тации и особенно при температуре свыше 900° С в слое может появиться более крупное зерно.
...
Эта сталь хорошо деформируется в нагретом и холодном со­стояниях и сваривается всеми способами. Обладая высокой вяз­костью, она обрабатывается хуже, чем современные стали, имеющие более высокое содержание углерода, в особенности по сравнению с качественными автоматными сталями.
...
Термическая обработка. При получении с металлургического завода стали 12010, отожженной по стандарту, предварительную термическую обработку не производят. Сталь цементуется лучше всего при 880—900° С в твердом карбюризаторе (при 920—940° С в солях и в газе); хорошо насыщается углеродом и при надлежащих условиях цементации не имеет резкого пере­хода от поверхности слоя к сердцевине.
...
Первую закалку стали можно провести при температуре це­ментации. Для менее ответственных деталей закалку производят один раз и после этого сталь охлаждают и снова нагревают до 890° С. Закаливается она в воде.
...
Вторая закалка следует за первой при температуре 780° С. После двойной закалки сталь получает наилучшие качества слоя и сердцевины: очень мелкий излом и высокие твердость слоя (около 63 HRC) и ударную вязкость сердцевины. Детали боль­ших размеров или имеющие толстый слой проходят отпуск в масле при 180° С в течение 1 часа; прокаливаемость стали — около 30 мм.
...
Механические свойства. После стандартного отжига сталь должна иметь предел прочности 35—40 кг/мм2; обычно ее проч­ность несколько большая (из-за присутствия в стали случайных примесей).
...
В закаленном состоянии сталь (после двойной закалки) имеет прочность в сердцевине 55-^-80 кг/мм2; сохраняются ука­занные в стандарте минимальные удлинение 14%, сужение 50% и ударная вязкость 8 кгм/см2.
...
Для стали 12010 и всех сталей, указанных ниже, механиче­ские свойства были проверены на образцах, изготовленных из термически обработанных стержней диаметром 30 мм.
...
Применение. Сталь 12010 применяют для деталей, испыты­вающих небольшие напряжения; детали должны иметь надеж­ную ударную вязкость в сердцевине (для них достаточна при­веденная прочность сердцевины). Из этой стали выполняют де­тали различных станков, устройств и автомашин, когда необ­ходима только поверхностная твердость (цапфы, кожухи и др.).
...
Кроме того, из нее изготовляют калибры и измерительные инструменты, а также зубчатые колеса, рассчитанные на неболь­шие усилия. Пригодна эта сталь и для деталей, которые перед цементацией обрабатывают в холодном состоянии (гибка или прессование).
...
Детали можно изготовлять вытяжкой или прессованием из прокатанных в холодном состоянии и отожженных листов или лент. В этом случае предварительно обработанный полуфабри­кат обычно подвергают особому отжигу.
...
Сталь 12020, состав которой приведен в табл. 4, известна под маркой Польди VAR (Е —VAR).1 Обычно ее изготовляют в электрических печах. Эта сталь соответствует стали 15 по ГОСТ; 1015 и 1020 —по SAE; stc 1661—по DIN и ЕпЗ —по английскому стандарту BS.
...
Свойства этой стали соответствуют свойствам стали 12010, однако под влиянием большого содержания марганца сталь 12020 изредка обнаруживает склонность к образованию мягких пятен.
...
Термическая обработка этой стали практически не отли­чается от обработки стали 12010. Различаются же они по со­держанию углерода.
...
Механические свойства. Сталь после отжига должна иметь предел прочности 42 кг/лш2. В действительности ее прочность бывает несколько выше под влиянием случайных примесей, бла­годаря которым улучшается обрабатываемость стали.
...
Закаленная сталь (после двойной закалки) имеет предел прочности 50—75 кг\мм2. В действительности прочность ее ко­леблется вблизи верхней границы, но предписанное минималь­ное удлинение 11% и номинальное сужение 40% сохраняются. Точно также и ударная вязкость соответствует стандарту (ми­нимальная вязкость равна 9 кгм/см2).
...
Применение. Для деталей, где требуется большая прочность в сердцевине при хорошей ударной вязкости, предпочитают при­менять сталь 12020. В отличие от стали 12010 обработку ее в холодном состоянии производят редко, даже при ее доста­точной пластичности.
...
Сталь 12020 науглероживается хорошо при всех условиях цементации и пригодна для [изготовления таких же деталей, ко­торые изготовляют из стали 12010.
...
1 Металлургические заводы Польдн обозначают поставленной впереди буквой Е основные марки сталей, у которых прн небольшом изменении содер­жания какого-либо элемента достигается сходство с ГОСТ или выполнено по­желание заказчика.
...
Сталь поставляется сортовой горячекатаной, кованой в виде штампованных поковок и свободнокованых полуфабрикатов, прокатанной в холодном состоянии и протянутой только в виде исключения (по особому требованию).
...
Сталь 14120 — химически чистая. Случайные элементы (не­значительное количество меди, никеля, а иногда молибдена) не могут существенно влиять на изменение свойств стали при ее улучшении. Сталь имеет мало неметаллических включений, содержание которых на практике не превосходит балла 3 по шкале неметаллических включений. Зерно аустенита колеблется вблизи средних размеров; оно мельче балла 5 по шкале ASTM.
...
Сталь 14120 — типичная хромистая цементуемая. Она по­глощает углерод очень интенсивно; структура ее в поверхност­ном слое чаще всего имеет эвтектоидный состав; это обусловли­вает появление свободного цементита. По сравнению с другими цементуемыми сталями при использовании стали 14120 можно достигнуть наибольшей поверхностной твердости (свыше 64 HRC)
...
Для получения плавного перехода в поверхностном слое тща­тельно выбирают среду для цементации. При использовании очень активной цементующей среды возможна опасность вы-крошивания и откалывания слоя и возникновения шлифовоч­ных трещин.
...
Опыт показывает, что эту сталь можно сваривать, а швы, полученные с помощью соответствующих электродов, цементо­вать. Сталь 14120 хорошо обрабатывается режущими инстру­ментами после отжига и ее улучшения (рис. 24).
...
Термическая обработка. Сталь поставляется в отожженном состоянии, а полуфабрикаты крупных сечений —в нормализо­ванном. В твердом карбюризаторе цементацию производят при температуре 850—880° С, в солях и в газе — при 900—920° С.
...
Первую закалку выполняют сразу после окончания процесса цементации, т. е. при температуре цементации, или после охла­ждения и последующего нагревания в интервале температур 870—900° С. Более тонкие изделия закаливают в масле, а тол­стые — в воде.
...
Отжиг холоднообработанных сложных деталей производят перед их правкой при температуре 650—680°С. Вторая закалка при 780—800° С; достигается твердость 66 HRC.
...
Отпуск при 180° С с одночасовой выдержкой и с охлажде­нием в масле необходим для уменьшения опасности возникно­вения шлифовочных трещин. Твердость при этом снижается не больше чем на две единицы.
...
Правильно закаленная цементованная сталь должна иметь только незначительное количество глобулярного карбида в по­верхностном слое.
...
Механические свойства. В отожженном состоянии сталь имеет прочность около 60 кг/мм2. После двойной закалки прочность сердцевины выше 80 кг/мм2, минимальная ударная вязкость 8 кгм/см2.
...
Применение. Сталь 14120 применяют для деталей со средней нагрузкой, для которых необходима относительно высокая удар­ная вязкость в сердцевине, а также большая износостойкость поверхности. К этим деталям относят различные валики, кото­рые должны хорошо сопротивляться трению. Для зубчатых ко­лес сталь непригодна из-за возможного возникновения свобод­ного цементита, трудностей в обработке граней и небольшой прочности. Исключение составляют колеса с зубьями, отшлифо­ванными дополнительно, для которых обкагка граней необяза­тельна.
...
Сталь пригодна для изготовления поршневых пальцев, шаро­вых цапф управления, калибров и инструментов для протяжки и штамповки. Из нее можно изготовлять инструменты (фрезы, развертки) для обработки дерева и кожи.
...
Эта сталь (табл. 5) известна под маркой Польди СЕ2. Она соответствует стали 15ХГ по ГОСТ; ЕС80 по DIN. В Западной
...
По сортаменту, видам поставляемых изделий и свойствам сталь 14220 не отличается от стали 14120. Она интенсивно на­углероживается, как все стали, содержащие хром; в ее поверх­ностном слое может появиться свободный цементит, который в отличие от сетчатого и глобулярного цементита сталей, рас­смотренных выше, имеет вид коротких тычинок. Для достиже­ния хороших результатов цементации обращают внимание на подбор подходящего состава карбюризатора.
...
Сталь 14220 имеет чистоту лучшую, чем балл 3 (по шкале включений) и зерно аустенита у нее более мелкое, чем балл 4 по стандартной шкале. Она хорошо механически обрабаты­вается, если после отжига получена достаточная твердость. По­этому не рекомендуется отжигать сталь до предела прочности ниже 65 кг/мм2. Для получения очень гладкой поверхности не­обходимо применять нормализацию стали, после которой дости­гается прочность до 80 кг/мм2. Только в особых случаях можно использовать улучшение стали и получить прочность до 80 кг/мм2 (см. рис. 24).
...
Термическая обработка. Сталь 14220 поставляют либо без обработки, либо отожженной. Нормализацию производят при температурах от 850 до 880° С в течение 4 час. Для улучшения свойств сталь закаливают при 840° С в масле и производят от­пуск при 500—550° С.
...
Первую закалку производят непосредственно из ящика или после цементации и охлаждения. Затем следует новый нагрев до 840—850° С и закалка с охлаждением в масле. Толстостен­ные детали без пазов и выступов закаливают в воде. Такую за­калку применяют часто.
...
Если перед закалкой необходимо снять слой металла или деталь нужно обработать, то после начала охлаждения от тем­пературы цементации может быть проведен кратковременный отжиг при 650—680° С с медленным охлаждением. Остаточ­ный аустенит возникает только при исключительных обстоятель­ствах (большой перегрев при закалке). В
...
Очень редко производят двойную закалку этой стали — при 870 и 810° С. Твердость слоя у стали легко достигается до 64—65 HRC.
...
Прокаливаемость по торцовой пробе соответствует полосе прокаливаемости (см. рис. 23). Можно предположить, что про­каливание происходит равномерно до диаметра 30 мм; при диа­метре 60 мм твердость в сердцевине будет намного ниже, чем на поверхности.
...
Механические свойства. По стандарту сталь 14220 должна иметь прочность в отожженном состоянии 60—73 кг/мм2, а в за­каленном состоянии (испытание при диаметре 30 мм) — 80—100 кг/мм2; минимальный предел текучести 60 кг/мм2 и удар­ную вязкость 5 кгм/см2; минимальное удлинение при 5d
...
При уменьшении прочности стали 14220 трудно сохранить предписанную стандартом величину предела текучести и про­цент сужения образцов, хотя удлинение их не меняется. Удар­ная вязкость при этом бывает несколько выше стандартной (ми­нимальной) .
...
Применение. Сталь 14220 применяют для деталей, работаю­щих с большими нагрузками (обычно для таких деталей при­меняют хромомолибденовые и хромоникелевые стали). Сталь
...
Сталь 14220 применяют для тарелочных шестерен, зубчатых шестерен, цепных колес, а также для валов, цапф и других деталей.
...
Применение. Сталь 14221 применяют так же, как сталь 14220, но для деталей больших размеров, когда требуется по­вышенная прокаливаемость и большая прочность сердцевины (зубчатые колеса и шестерни с модулем выше 4).
...
Хромомолибденовая сталь 15222 (табл. 5) известна под мар­кой Польди СМ2. Вместе с выпущенной сталью 15221 она весьма распространена за границей. Сталь 15222 соответствует стали 20ХГМ по ГОСТ; ЕСМ0100 по DIN и близка к марке 4119 по SAE.
...
Как другие легированные цементуемые стали, сталь 15222 поставляется в виде сортового проката и поковок. Она имеет большую прочность в сердцевине и по свойствам приближается к хромоникелевым сталям. Ее можно использовать в качестве заменителя этих сталей.
...
Молибден весьма дефицитен. Поэтому применение стали 15222 ограничено особыми случаями. Она временно исключена из Чехословацкого Государственного Стандарта.
...
Сталь 15222 —типичный представитель хромомолибденовых или хромомарганцемолибденовых сталей. Она легко насыщается углеродом, мелкозернистая, не имеет склонности к росту зерна.
...
Сталь 15222 хорошо обрабатывается, но после горячей обра­ботки приобретает местную твердость. С помощью отпуска или улучшения прочность ее снижают до 80 кг/мм2 (см. рис. 24).
...
Термическая обработка. Перед обработкой резанием сталь улучшают. Улучшение происходит при закалке с температуры 820° С в масле (только толстостенные детали закаливаются в воде) и отпуске при 600—650° С.
...
Цементацию стали производят в менее активном карбюриза­торе при 860—880°С (в соляной ванне и в газе при910—930°С).
...
Сталь может быть подвергнута одинарной или двойной за­калке. Во втором случае получают более качественную сердце­вину, а в первом случае уменьшается общая деформация. При одинарной закалке изделия закаливают при 820° С в масле. При двойной закалке сталь закаливают сначала при 860° С в масле и во второй раз при 800—820° С; если же требуется операция правки или промежуточная обработка резанием, то включают промежуточный отжиг; пригодная для этого температура равна 650—680° С. После прогревания следует медленное охлаждение в печи.
...
На закаленной стали достигается поверхностная твердость 63—65 HRC. В этом случае целесообразно производить отпуск
...
Механические свойства. В отожженном состоянии сталь имеет в сердцевине прочность 70 кг/мм2. После двойной закалки в масле достигается минимальный предел текучести 75 кг/мм2 и ее прочность составляет ПО—135 кг/мм2. Минимальные удли­нения при \0d
...
Применение. Стали 15222 применяют для ответственных де­талей, в основном для зубчатых колес, полуосей, шестеренок, цапф, цепных колес, а также для изготовления некоторых стан­ков, используемых для прессовки искусственных материалов. Принимая во внимание большую прочность сердцевины, целе­сообразно цементовать изделия из этой стали очень глубоко; вполне достаточна толщина слоя 0,6—0,8 мм. Массивные детали (а также детали с припуском на шлифовку для выравнивания деформации) цементуют на глубину 1 —1,2 мм.
...
Сталь 15221 (табл. 5) известна под маркой СМ1. Она менее распространена, чем предшествующая. По составу она близка к марке 15ХМ по ГОСТ и стали ЕСМ080 по стандарту DIN.
...
От стали 15222 сталь 15221 отличается меньшими содержа­нием углерода, прочностью в сердцевине и несколько большей ударной вязкостью. Из Чехословацкого Государственного Стан­дарта эта сталь временно исключена. Свойства ее прибли­жаются к свойствам стали 15222.
...
В отожженном состоянии сталь 15221 имеет прочность в сердцевине 65 кг/мм2. В закаленном состоянии предел проч­ности достигает 90—ПО кг/мм2 при минимальном пределе теку­чести 60 кг/мм2. Минимальное удлинение при 10 d составляет 8—12%, сужение — 45% и ударная вязкость — 5 кгм/см2.
...
Сталь 15124 (табл. 5) известна под маркой Польди Е-СМ2: по своему составу она точно соответствует советской стали 20ХМА по ГОСТ. От стали 15222 она отличается меньшим со­держанием марганца и хрома.
...
Сталь 15124 имеет несколько лучшую ударную вязкость, чем сталь 15222; ее термическую обработку производят по аналогич­ным режимам. Применяется в тех же случаях, что и стандарт­ная марка подобного состава в Советском Союзе.
...
Сталь 16120 (табл. 5) известна под маркой Польди TY1W. Это низколегированная никелевая сталь, применение которой весьма ограничено. Она имеется в стандарте DIN как марка ENI5, а в стандарте SAE ей ближе всего сталь марки 4608.
...
Сталь 16120 — никелевая цементуемая, в Чехословакии мало распространена. По термической обработке она более прибли­жается к нелегированным сталям типа 12020, чем к сталям класса 16.
...
Влияние никеля в стали 16120 небольшое. Для ее цемента­ции можно применять активно действующие карбюризаторы, как для углеродистых сталей. Малое содержание никеля сооб­щает стали 16120 только небольшую склонность к сохранению остаточного аустенита.
...
Сталь поставляется как сортовая или в виде поковок в со­стоянии горячей обработки или в отожженном с пределом проч­ности 50 кг/мм2. Если сталь подвергнута улучшению, то предел прочности повышается до 58 кг!мм2 (см. рис. 25).
...
Термическая обработка. Для получения высоких качеств стали производят закалку при температуре 840°С в воде (тон­костенные детали закаливают в масле) и отпуск при 500° С.
...
Рекомендуется подвергать сталь двойной закалке; вначале при температуре 850—870° С прямо из цементационного ящика или после нового нагрева до указанной температуры. Вторую закалку выполняют при температуре 780—800° С в воде (тонко­стенные детали в масле). При этом достигается твердость 60—62 HRC.
...
Сталь 16120 не имеет склонности к образованию шлифовоч­ных трещин, поэтому отпуск ее можно не производить, хотя он оказывает благотворное влияние, особенно на детали с толстым слоем (свыше 1 мм).- Режим отпуска такой же, как и для дру­гих деталей. Его производят обычно до правки изделия.
...
Механические свойства. После двойной закалки предел проч­ности достигает 60—85 кг/мм2 в зависимости от содержания углерода, марганца и никеля. Предел текучести (обычно выше самой низкой границы) 33 кг/мм2, минимальные удлине­ние (при 10öf) — 14%, сужение —55% и ударная вязкость — 10 кгм/см2 получаются и при высокой прочности.
...
Применение. Сталь 16120 применяют для деталей, в которых сохраняется значительная ударная вязкость при небольшой прочности: рычаги, цапфы, зубчатые колеса с небольшой на­грузкой и малыми модулями и др.
...
Кроме того, эту сталь используют для деталей, нуждаю­щихся в правке; они выпрямляются лучше, чем детали из хро­мистых сталей, указанных выше.
...
Эта сталь (табл. 5) известна под маркой Польди TY3W. В советском ГОСТ и в немецком стандарте DIN ее нет. В аме­риканском стандарте SAE ей приблизительно соответствует сталь марки 2317, а в английском — сталь ЕпЗЗ.
...
В Чехословакии сталь 16320 из-за большого содержания ни­келя почти не применяется. По своим свойствам и термической обработке она приближается к остальным цементуемым сталям класса 16. Большое содержание никеля снижает скорость на­углероживания и температуру превращений.
...
Сталь 16320 отличается мелкозернистостью и вязкостью, од­нако у нее проявляется склонность к образованию остаточного аустенита.
...
В отожженном состоянии она хорошо обрабатывается, но для тонкой обработки рекомендуется вначале ее подвергнуть нормализации или улучшению (см. рис. 25).
...
Термическая обработка. Сталь подвергается нормализации при 860° С с постепенным охлаждением на спокойном воздухе. Отжиг производят при 630—670° С в течение 4 час. с последую­щим медленным охлаждением в печи. Температура для цемен­тации в твердом карбюризаторе 840—870° С, а для цементации в соли и в газе 900—920° С.
...
Простую закалку выполняют после охлаждения при темпе­ратуре 790—820°С в масле (толстостенные детали в воде). Двойную закалку производят в два этапа: вначале с 860°С в масле и потом с 780—800° С в масле или воде.
...
Механические свойства. Отожженная сталь достигает проч­ности 60 кг/мм2, после нормализации — до 70 кг/мм2.
...
Простая закалка придает сердцевине прочность 75—80 кг/мм2, двойная закалка 70—80 кг/мм2. Предписанные стандартом ми­нимальные величины: предел текучести — 40 кг/мм2, удлинение (при 10 d)
...
Применение. Сталь 16320 применяют для деталей, которые должны иметь достаточно большую прочность в сердцевине и при этом хорошую ударную -вязкость, а иногда хорошую вяз­кость и при низких температурах.
...
Сталь 16220 (табл. 5) принадлежит к низколегированным сталям класса 16; она содержит, кроме никеля, около 1% хрома, имеет большую прочность в сердцевине, чем предшествующие никелевые стали; известна под маркой Польди ВЕ2. Подобная сталь есть в ГОСТ — сталь 12ХН2А, и стандарте SAE — сталь 3115. В Чехословакии сталь 16220 весьма распространена и по объему производства следует непосредственно за сталью СЕ2.
...
Поставляется сталь 16220 в виде сортового проката и сталь­ных поковок в отожженном состоянии; обрабатывается хорошо. При резании достигают хорошего качества поверхности, если после отжига сталь обладает достаточной твердостью.
...
Сталь 16220 после цементации имеет мелкозернистую струк­туру, но влияние хрома требует применения менее активного карбюризатора.
...
Термическая обработка. Применяют смягчающий отжиг, про­должающийся 4 часа при 720° С с постепенным охлаждением, и нормализацию при 860° С на воздухе.
...
Сталь цементуют в твердом карбюризаторе при 850—880° С; в солях или газах при 910—930° С. Науглероживается она бы­стрее, чем высоколегированные стали класса 16, но не имеет склонности к перенасыщению углеродом.
...
После цементации можно производить закалку. При простой закалке получают лучшую ударную вязкость, при двойной за­калке—большую прочность.
...
В первом случае детали после цементации полностью охла­ждают, затем производят их нагрев до 830° С и закалку в масле.
...
Механические свойства. Отожженная сталь имеет предел прочности в сердцевине 60—70 кг/мм2, после нормализации 70—80 кг/мм2.
...
После одинарной закалки прочность в сердцевине стали — 100 кг/мм2, после двойной — 95 кг/мм2. Предел текучести около 60 кг/мм2, а удлинение при 5 d составляет 9%; наименьшее су­жение 35% и ударная вязкость 6 кгм/см2. Приведенные вели­чины относятся, как уже было подчеркнуто, к стержням диа­метром 30 мм.
...
Предписанные стандартом величины, из-за недостаточного количества проведенных с этой сталью опытов, остаются пока приблизительными.
...
Применение. Сталь 16220 применяют подобно высоколегиро­ванной стали 16320 и часто вместо сталей 16420 или 16520. Она имеет хорошую ударную вязкость и пригодна для изготовле­ния зубчатых колес, для которых стали 14220 и 14221 при оди­наковой прочности были бы хрупкими. Кроме того, сталь 16220 успешно применяют для ответственных деталей автомашин при условии достижения определенной вязкости.
...
Из сталей, приведенных в табл. 5, сталь 16231 аналогична по составу стали 16220, но содержит больше углерода. Она из­вестна как сталь Польди BEY4. Подобная ей марка 3120 имеется в стандарте SAE; в английских стандартах к ней ближе всего марка Еп35, содержащая, кроме того, молибден.
...
По видам поставки и термической обработки сталь 16231 не отличается от стали 16220. Сталь 16231 прокаливается до диа­метра 45 мм.
...
Механические свойства. Отожженная сталь 16231 имеет прочность в сердцевине 65—75 кг/мм2, а после нормализации 75—85 кг/мм2. При одинарной закалке прочность достигает в сердцевине почти ПО кг/мм2, при двойной— 100 кг/мм2. Удли­нение, сужение и ударная вязкость этой стали несколько мень­ше, чем у стали 16220.
...
Сталь 16231 имеет высокую прочность в сердцевине и при­годна для зубчатых колес с увеличенной нагрузкой, особенно для колес с большим модулем. Ввиду высокой прочности при меньшей вязкости она заменяет сталь 16420. Сталь 16231 пред­назначена для деталей автомашин и обрабатывающих станков, а также для зубчатых колес, шестерен, цапф, валов, шарниров и т. д.
...
При низком легировании сталь имеет хорошие свойства и превосходит углеродистые стали класса 12. Сталь 16121 постав­ляется отожженной. В Чехословакии она распространена мало.
...
После цементации сталь 16121 подвергают смягчающему от­жигу при 720° С в течение 4 час. или нормализации при темпе­ратуре 860° С с охлаждением на воздухе.
...
Отожженная сталь имеет в сердцевине прочность 60 кг/мм2: после одинарной закалки — свыше 90 кг/мм2; удлинение при 5d
...
Сталь 16121 можно применять там, где прочность углероди­стых сталей класса 12, а также сталей класса 14 оказывается недостаточной.
...
Сталь 16130 отличается от предшествующей несколько боль­шим содержанием углерода (табл. 5), что вызывает большую прочность в сердцевине; известна как сталь NC4. В иностран­ных стандартах соответствующей ей марки лет; во время войны подобные марки были среди американских сталей (стали Е).
...
Несмотря на более высокое содержание углерода термиче­ская обработка стали 16130 практически не отличается от об­работки стали 16121.
...
Механические свойства. После отжига характеризуется проч­ностью (65 кг/мм2), а после закалки еще большей прочностью и пределом текучести (около 100 кг/мм2 и 60 кг/мм2) и соответ­ственно меньшим удлинением, сужением и меньшей ударной вязкостью.
...
Сталь поставляется в виде сортового проката и поковок, как правило, отожженная; хорошо обрабатывается, но если тре­буется особо гладкая и точно обработанная поверхность, то предпочитают улучшенную сталь с прочностью до 85 кг1мм2
...
Термическая обработка. При отжиге для смягчения сталь 16420 нагревают до 610—630° С в течение 4 час, после чего сле­дует медленное охлаждение в печи. Нормализацию производят при температуре 830—870° С с постепенным охлаждением иа воздухе.
...
Сталь цементуют в твердом карбюризаторе при 860—880° С, а в соли и газах при 900—920° С. Науглероживание происходит достаточно плавно; в соответствующей среде и при указанной температуре цементации сталь 16420 не склонна к образованию цементита. Кроме того, она не образует большого количества остаточного аустенита при соответствующей толщине слоя. Сталь не рекомендуется закаливать непосредственно с темпера­туры цементации: достаточной является после постепенного охлаждения одинарная закалка при температуре 790—810°С в масле. Двойная закалка для этой стали не приносит пользы, а ведет, наоборот, к большой деформации. В воде закаливают только большие по размеру детали без надрезов и выступов. Сталь 16420 получает после цементации на поверхности надеж­ную твердость 60—62 HRC.
...
Благодаря высокому содержанию легирующих примесей сталь 16420 удовлетворяет требованиям, предъявляемым к ее высоким механическим свойствам (см. рис. 25). В этом случае закалку производят при 810—850° С в масле, а отпуск при 500—650° С, что обеспечивает получение прочности 75—85 кг/мм2.
...
Механические свойства. Сталь 16420 сочетает в себе высо­кую прочность с хорошей пластичностью. Прочность после от­жига достигается около 70 кг/мм2, а после нормализации 75 кг/мм2. После одинарной закалки в масле сталь имеет проч­ность в сердцевине ПО кг/мм2, в воде—135 кг/мм2. Предел те­кучести — не менее 75 кг/мм2. Наименьшие удлинение (при 10d)
...
Применение. Сталь 16420 находит применение при изготов­лении деталей, подвергающихся большим нагрузкам. Для этих деталей важно сочетать хорошую вязкость с большой поверх-
...
ностной твердостью. Необходимо принимать во внимание и эко­номическую сторону дела и использовать эту сталь только в тех случаях, когда нельзя применить стали 16220 и 16231, содер­жащие меньшее количество легирующих добавок.
...
Прежде всего из стали 16420 изготовляют очень ответствен­ные детали автомашин и самолетов, зубчатые колеса, валы, цапфы, шарниры, шестерни и др. Для этого применяют каче­ственные нецементованные стали.
...
Сталь 16520, состав которой приведен з табл. 5, принад­лежит вместе со сталью 16720 к группе высоколегированных сталей. Из-за большого содержания никеля ее применяют в ис­ключительных случаях и поэтому изготовляют в незначительном количестве. По своему составу сталь 16520 соответствует из­вестной стали заводов Польди марки TEJ; в ГОСТ такой стали нет; в немецком стандарте DIN ей соответствует сталь BCN45; ь английском стандарте BS — сталь ЕпЗЭА; в американском стандарте сталь такого состава не приводится.
...
Сталь 16520 поставляют в виде сортового проката и поковок, в отожженом или улучшенном состоянии. После нормализации сталь хорошо обрабатывается. При цементации используют вы­сококачественные цементующие среды.
...
Термическая обработка. Термическая обработка стали 16520 требует большего внимания, чем низколегированные стали; при отжиге не превышают температуру 610—630° С; в печи ее охлаж­дают медленно. Нормализацию выполняют при температуре 820—860° С с постепенным охлаждением. При такой же темпе­ратуре сталь закаливают в масле; если после этого необходимо получить хорошее качество, то производят отпуск при темпера­туре около 600° С. Существующая опасность возникновения хрупкости при отпуске заставляет производить охлаждение стали в воде.
...
Цементацию производят в твердом карбюризаторе при тем­пературе 870° С или в газе; в соли и газе цементацию выпол­няют при температуре более высокой, чем 900° С. Сталь 16520 науглероживается медленнее, чем другие цементуемые стали: она обладает склонностью к образованию остаточного аустенита.
...
Не рекомендуется закаливать сталь при температуре цемен­тации; необходимо вначале подвергнуть ее охлаждению, по­том снова нагреть до 770—800° С и произвести закалку в масле. Только в случае, если требуется большая поверхностная твер­дость (свыше 60 HRC),
...
Применение. Сталь 16520 применяют для тех же целей, что сталь 16420. Отличие заключается в том, что сталь используют для более ответственных деталей. Она находит применение и в качестве цементованной стали.
...
Нет необходимости углеродистые цементуемые стали сравни­вать между собой, так как основные качественные марки во всем мире практически одинаковы, они могут иметь незначи­тельные отклонения в содержании углерода и марганца.
...
Сравнение чехословацких легированных цементуемых сталей с цементуемыми сталями по ГОСТ 4543—57 показывает, что в Чехословацком Стандарте имеется 16 легированных цемен­туемых сталей, а в ГОСТ—27.
...
В последнее время в Чехословацкий Государственный Стан­дарт введены некоторые цементуемые стали из ГОСТ. В Совет­ском Союзе, как и в Чехословакии, основной интерес для мас­сового машиностроения представляют стали, например 15Х, 20Х, 15ХН, 15ХГ (обычного качества), 12Х2Н4, 18ХНВА и 18ХМА (высокого качества). Распространена сталь 18ХГТ, со-" держащая титан, а для шестерен коробок переключения — сталь ЗОХГТ.
...
Указанные обычные марки применяют для цементации в твер­дом карбюризаторе, в соляных ваннах и в различных газовых средах.
...
Иностранные цементуемые стали близки по составу и свой­ствам, распределяются в Западной Европе (ФРГ, Франция, Ав­стрия, Швеция и др.), Англии и США.
...
В Западной Европе, в частности в ФРГ и Франции, преобла­дает производство качественных сталей. Эти страны выпускают известные нам марки цементуемых сталей (это стали, приме­няемые по соображениям экономии, и классические хромони­келевые стали). В отдельных случаях они избегают применения никелевых или молибденовых сталей. По разнообразию марок стандарты этих стран несравнимы с чехословацкими и совет­скими. Это определяется не состоянием техники, а вполне определенной функцией стандартов в социалистических стра­нах с плановым производством.
...
В английских стандартах наряду со сталями, распространен­ными в мировой практике, можно встретить (наравне с богатым выбором легированных никелевых и хромоникелевых сталей) небольшое количество экономичных хромистых сталей.
...
По состоянию английского стандарта можно судить, что вы­бор сталей в стране с развитым машиностроением сравнительно узок.
...
Состав (средний) цементуемых сталей, применяемых в СССР, %
...
Американская промышленность широко применяет средне-и низколегированные цементуемые стали, содержащие неболь­шие количества молибдена; это, по-видимому, связано с исполь­зованием большого количества отходов, в которых никель и мо­либден обращаются почти без потерь.
...
В выборе американских цементуемых сталей значительную роль играет не только вопрос прокаливаемости, но и вопрос о величине зерна и обрабатываемости стали, особенно при слож­ной обработке, где многое зависит от ее скорости и от исполь­зуемого инструмента.
...
При выборе цементуемой стали для деталей учитывают кон­структивные, технологические и экономические требования. Че­хословацкие стандарты предоставляют достаточно богатый вы­бор сталей. При описании отдельных сталей уже были отмечены соображения, которыми руководствуются при выборе стали.
...
Механические свойства стали. При определении механиче­ских свойств цементуемой стали исследуют влияние заключи­тельной термической обработки на свойства сердцевины. Проч­ность цементуемых сталей при закалке значительно возрастает, но различия между прочностными характеристиками не такие большие, чтобы считать их основным признаком. При одинарной закалке прочность на разрыв бывает обычно большей, чем при •двойной закалке, поскольку на закалку влияют содержание уг­лерода и количество легирующих примесей.
...
Величины, приведенные в стандартах, относятся к контроль­ным образцам, изготовленным из стержня диаметром 30 мм.
...
Под влиянием закалки возрастают пределы текучести и уста­лости. Собственно усталостная прочность деталей улучшается еще под влиянием цементованного закаленного слоя. С точки зрения прочности и предела текучести большой выбор цементуе­мых сталей не был бы обоснован, если бы не было высоких тре­бований к ударной вязкости стали. С ударной вязкостью свя­заны удлинение и сужение.
...
На ударную вязкость цементуемых сталей и практическое использование этого свойства существуют различные взгляды. Ударная вязкость цементуемых сталей, как правило, не является критерием работы деталей. Она служит фактором безопасности в целях предотвращения аварий.
...
Нельзя высокую ударную вязкость связывать с повышенной сопротивляемостью усталости: если возникает предрасположе­ние к усталостному излому, повышенная ударная вязкость не предотвратит этого разрушения. Известно, что высокую ударную вязкость получают за счет повышенного легирования и сложной термической обработки стали. Практика показывает, что высоко­легированные стали применяют главным образом для деталей, испытывающих большую нагрузку.
...
Основной целью цементации является стремление достигнуть соответствия между свойствами сердцевины и слоя. Сердцевина должна иметь относительно высокую прочность, чтобы выдер­живать давление, которое испытывает поверхностный слой. Недостаточную прочность сердцевины нельзя заменить увеличе­нием толщины слоя.
...
Начали применять стали с повышенной прочностью сердце­вины (и, соответственно, с меньшей ударной вязкостью), кото­рую получают за счет повышенного содержания углерода. Эко­номически нецелесообразно добиваться повышения прочности сердцевины за счет создания толстого слоя.
...
Достаточно высокая твердость после нормального процесса цементации достигается для всех цементуемых сталей. Только при исключительных требованиях к поверхностной износостой­кости выбирают некоторые хромистые стали, которые лучше на­сыщаются углеродом и образуют свободные карбиды. При этом не применяют стали с большим содержанием никеля, так как они склонны к образованию остаточного аустенита.
...
Наоборот, в тех случаях, когда необходимо быстро достиг­нуть хорошей обработки и бесшумного хода зубчатых передач, используют мягкий слой, появляющийся при наличии остаточ­ного аустенита.
...
Технологические свойства стали. При выборе стали обра­щают внимание на прокаливаемость, особенно если из стали необходимо изготовлять детали больших размеров. Только вы­соколегированные стали, содержащие допустимое количество углерода для получения необходимой ударной вязкости, обес-
...
печнвают хорошую прокаливаемость. С прокаливаемостью свя­зан и такой важный вопрос, как возможность закалки слоя в масле для обеспечения достаточной твердости. Оказывается, только для сталей с хорошей прокаливаемостью. следовательно, для легированных, можно производить эту закалку. Трудности закалки и вопрос о возможности ее выполнения в масле или воде имеют большое значение для сложных деталей с перемен­ной толщиной. Для высоколегированных сталей отдают пред­почтение одинарной закалке, вызывающей меньшее коробление.
...
Следующим свойством является склонность к образованию мягких пятен. Углеродистые стали с очень мелким зерном прежде всего проявляют эту склонность, так как прокаливае­мость их настолько мала, что при очень быстром охлаждении аустенит не достигает мартенситного превращения и в некото­рых местах образуются мягкие продукты его распада. Легиро­ванные и углеродистые стали (если они содержат свыше 0,6% марганца) не имеют этого дефекта. . Из сказанного видно, что причиной возникновения мягких пятен является слишком мелкое зерно углеродистой стали. У легированных сталей мелкое зерно не влияет на возникнове­ние мягких пятен, так как эти стали обладают достаточной про­каливаемостью и при мелком зерне. Зато их труднее обраба­тывать резанием, чем стали таких же марок, но крупно­зернистые.
...
С выбором стали связан и выбор способа цементации. При нитроцементации достигается хорошая прокаливаемость слоя сталей углеродистых н низколегированных.
...
Очень важным для ряда цементованных изделий является постоянство размеров. Оно -может служить для некоторых ста­лей характеристикой технологического свойства даже при зна­чительном влиянии других факторов (например, последователь­ности термической обработки).
...
Экономичность изготовления изделий ПЗа]. На экономич­ность изготовления изделий оказывают влияние не только их цена, в которую включают расходы на сложность и стоимость легирования, но также расходы-на обработку, имеющие большее значение, чем различия в основной цене стали.
...
Важным фактором является также процесс термической об­работки. Включение, например, сравнительно дорогой операции обработки холодом, заметно повышает расходы. Поэтому ста­раются избежать обработки холодом и применить другие стали, для которых такая обработка не нужна.
...
Термическая обработка для цементованных сталей очень важна, так как с ее помощью после цементации придают изде­лию требуемые свойства.
...
Предварительная термическая обработка важна и для це­ментуемых изделий, так как она позволяет, например, умень­шить коробление после цементации, когда производят закалку.
...
При необходимости изготовить из стали сложные детали, особенно (после придания им формы холодной обработкой, вы­полняют отжиг сталей, которые в других случаях в этом не нуж­даются. Если для деталей, изготовляемых из сталей группы б, необходима сталь улучшенного качества, то марки 14220 и 16121 поставляют нормализованными или изотермически ото­жженными. Тогда обработка деталей, изготовляемых резанием, облегчается.
...
Очень часто заказчик производит всю термическую обра­ботку стали, включая и подготовительную, на своем заводе. Осо­бенно это относится к поковкам.
...
Различные способы отжига. Сталь, охлажденная после про­катки, имеет преимущественно ферритную структуру с отдель­ными участками перлита различной.тонкости. Только у некото­рых сталей групп бив
...
У цементуемых сталей неоднородность структуры устраняют смягчающим отжигом без измельчения зерна. Для этого выби­рают температуру несколько ниже Ас\ (на 20—30°С) и до­статочно короткое время отжига (2—4 часа, считая от начала нагревания). При небольшом количестве перлита в стали пла­стинчатый перлит переходит преимущественно в зернистый и по­лучается смесь феррита и зернистого перлита, который распола­гается в стыках между зернами. У высоколегированных сталей продолжительность процесса увеличивается. Охлаждение может быть довольно быстрым. Только стали с содержанием никеля более 4% охлаждают до 500°С медленно.
...
Легированная сталь после обработки бывает иногда слиш­ком вязкой; тогда стружка с трудом отделяется, инструмент бы­стро затупляется как при работе по твердой стали. Повторный отжиг для еще большего смягчения стали ухудшает положение; в этом случае целесообразно произвести улучшение стали. Если заранее известно, что сталь склонна к смягчению, то смягчаю­щий отжиг не нужен; следует произвести только неполный от­жиг, являющийся кратковременным при температуре на 50— 60° С ниже Ас\. При этом полной сфероидизации перлита не получается: сталь еще достаточно твердая, но стружка при обработке отделяется лучше.
...
При изготовлении деталей штамповкой или прессованием в хо­лодном состоянии требуется мягкая и пластичная сталь. Для этого часто проводят смягчающий отжиг. Если сталь должна иметь очень мелкое зерно, то применяют комбинированные спо­собы термической обработки, при которых сталь (обычно уже
...
разрезанная на требуемые части) вначале проходит нормализа­цию при температуре выше Ас% (это будет, как правило, при температуре 920° С) с быстрым охлаждением в интервале тем­ператур Агъ и Аг\. Для быстрого прохождения указанного ин­тервала достаточно непродолжительного охлаждения на воз­духе примерно до 670° С. Затем сталь переносят в другую печь, предварительно подогретую до температуры несколько ниже Аси 'и выдерживают в течение нескольких часов.
...
Описанный выше способ является довольно трудоемким, по­этому можно выполнить закалку стали в воде с температуры выше Ас3; достигается измельчение зерна и получается мартен-ситная структура. Затем сталь нагревают до температуры выше Лсь при которой образуется аустенит и феррит в виде мелких зерен. После незначительного выдерживания производят замед­ленное охлаждение стали до температуры несколько ниже Аг\. Дальнейшее охлаждение может быть и более быстрым. После выполнения приведенного режима образуется зернистый пер­лит [65].
...
— процесс, занимающий про­межуточное положение между отжигом и нормализацией. При постепенном переходе через верхнюю часть кривых изотермиче­ского превращения аустенита образуется тонкий пластинчатый перлит; эту же структуру получают лри условии, что сталь при выбранной температуре равномерно прогревается по всему се­чению. После прогрева применяют быстрое охлаждение. Полу­ченная по такому режиму прочность равна прочности нормали­зованной стали. Легированные стали, подвергнутые изотермиче­скому отжигу, приобретают более равномерную структуру и свойства. Изотермически отожженная сталь обрабатывается лучше, чем мягко отожженная.
...
вводят в производ­ственный процесс после обдирочных операций, при которых ин­струмент развивает большое давление; при этой операции сре­зается довольно толстый слой стали. Для отжига достаточна температура около 600°С и кратковременная выдержка, чтобы произошла рекристаллизация стали, деформированной до этого в холодном состоянии.
...
Нормализация — дешевый способ термической обра­ботки цементуемых сталей, если речь идет о получении хорошей обрабатываемости. Ее применяют для низколегированных ста­лей, особенно для поковок.
...
Некоторые цементуемые стали, обладающие мелким зерном, полученным с помощью добавок при раскислении, часто трудно обрабатывать сложным режущим инструментом. В таких слу­чаях (по данным иностранной литературы) рекомендуется при­менять нормализацию с высоким нагревом, который увеличи­вает зерно аустенита. Перлит, возникающий при этих условиях,
...
На диаграмме рис. 15 представлена зависимость между ве­личиной зерна, согласно стандартной шкале, и температурой нагрева. В сталях с нормальным зерном при нагреве до более высокой температуры постоянно увеличиваются зерна аустенита. Мелкозернистые стали, полученные с помощью особых раскис-лителей, сохраняют мелкое зерно при температуре, соответ­ствующей обычной температуре цементации. При достижении же температуры выше 1000° С наступает быстрое увеличение зерна. Если после нормализации необходимо получить пригодную форму перлита, то достаточно нагреть сталь выше той темпе­ратуры, при которой производят цементацию (950—1050° С) с соответствующим быстрым охлаждением.
...
Улучшение качества сталей. Перед цементацией сталь под­вергают улучшению (сообщают высокие качества) для получе­ния гладкой поверхности при обработке. Улучшенная сталь бо­лее пригодна для обработки резанием деталей сложного вида и позволяет получить при нарезке резьб, пазов, зубьев и протя­гивании чистую и гладкую поверхность. Из-за больших расхо­дов, связанных с этим процессом, цементуемые стали улучшают только в случае, когда тот же результат не достигается при нор­мализации или изотермическом отжиге.
...
В гл. I было подчеркнуто, что цементованный слой вместе с сердцевиной стали составляет одно целое. Непрерывной кон­центрации углерода в цементованном слое отвечает непрерыв­ный ряд закалочных температур. Следовательно, закалка цемен­тованной стали всегда занимает промежуточное положение между нормальной закалкой сердцевины (как стали с одним пределом содержания углерода) и закалкой поверхностного слоя (как стали с другим пределом содержания углерода). Сообра­зуясь со сталью соответствующего состава, можно получить хо­рошие свойства сердцевины и слоя; по требованию эти свойства можно изменять в небольших пределах.
...
Непосредственная (прямая) закалка (рис. 26, А\ и Л2) — процесс, при котором сразу после цементации, с этой же темпе-
...
Автоматизируя процесс, указанный способ используют в ка­честве окончательной операции с применением длинных проход­ных печей, в которых температура перед погружением в зака­лочную среду может понижаться до температуры, пригодной
...
для закалки сердцевины (А\). Преимущество процесса состоит в том, что сердцевина подвергается полной закалке и получает соответствующую твердость. Цементованный слой получает закалку с перегревом, при этом небольшое количество цемен­тита остается в структурно свободном состоянии. Если закалку высоколегированных сталей производят по такому же режиму, то в их структуре сохраняется большое количество остаточного аустенита.
...
После непосредственной закалки детали коробятся меньше, чем при более сложных процессах; коробление получается еще меньшим, если применяют режим (рис. 26, Ai), в котором темпе­ратуру снижают от температуры цементации до температуры в интервале между Ас$ и Ас\ для сердцевины (например, 830°С), после чего производят закалку.
...
Непосредственную закалку применяют для углеродистых ста­лей, когда не требуется определенного качества цементованного слоя. При таком способе закалки низколегированные качествен-
...
ные стали, если они являются достаточно мелкозернистыми и цементация их производилась в соляных ваннах или в газовых смесях, дают хорошие результаты, особенно если нагрев под за­калку выполнен в печах непрерывного действия (проходных).
...
В некоторых случаях после непосредственной закалки можно производить охлаждение при отрицательной температуре (для распада остаточного аустенита), а иногда нагрев свыше Ас\ и закалку слоя.
...
Непосредственная закалка может быть также изотермиче­ской в соляной ванне. Последний способ используют для тонко­стенных деталей и для деталей с неровной поверхностью.
...
Одинарная закалка с нагревом после цементации (рис. 26, ßi, В2 и В3) имеет некоторые преимущества по сравнению с непосредственной закалкой; она вызывает меньшее коробле­ние, экономична и сокращает производственный цикл. Однако одинарная закалка не позволяет использовать одновременно все наилучшие свойства сердцевины и слоя. Применяя ее для леги­рованных сталей, достигают хороших результатов, вследствие чего для этой группы редко прибегают к дорогой и сложной двойной закалке.
...
Одинарную закалку применяют и в тех случаях, когда нельзя использовать непосредственную закалку, т. е. в случае обра­ботки деталей после цементации (например, для удаления твер­дого поверхностного слоя) или если далее следует закалка в прессе (зубчатых колес и подобных им деталей).
...
При одинарной закалке важно, каким способом охлаждается деталь после цементации. Изделия можно охлаждать в ящиках на воздухе или в печи и на воздухе после извлечения деталей из цементующих ванн (в масле — большие по размеру изделия). После газовой цементации в печах типа монокарб изделия охлаждают свободно в специальных ямах. В конвейерных печах изделия оставляют охлаждаться у конечного конвейера, где тем­пература ниже точки Аг\. Задача охлаждения — уменьшить ве­личину зерна, что происходит только при быстром охлаждении. При медленном охлаждении действительная величина зерна не уменьшается.
...
При быстром охлаждении слой становится твердым и трудно обрабатывается. В таких случаях после охлаждения на воздухе и в масле иногда производят отпуск при 650° С (при 580° С для стали с большим содержанием никеля). Подобные же резуль­таты получают, если изделие от температуры цементации под­вергается изотермическому охлаждению.
...
После охлаждения следует нагрев для закалки. Его изредка производят непосредственно в защитной среде. Обычно приме­няют самый распространенный нагрев — в соляных ваннах. Рас­ширяется нагрев в печах с защитной атмосферой. В способе последующей закалки различают три режима.
...
При нагреве достигается нормальная температура закалки сердцевины, а (поверхностный слой закаливается с перегревом, вследствие чего он имеет структуру грубоигольчатого мартен­сита. Сердцевина получает самые высокие возможные прочность и твердость. Детали из легированных сталей гораздо труднее поддаются правке; у них затруднена дополнительная обработка 'сердцевины.
...
Наоборот, слой под влиянием большого количества остаточ­ного аустенита получается несколько мягче обычного (в основ­ном это относится к легированным сталям с никелем). Если слой науглерожен незначительно (около 1,1%), то цементит в струк­турно свободном состоянии не выделяется.
...
Указанный режим используют для случаев, когда необхо­димы большая прочность и мелкое зерно в сердцевине; ударная вязкость сердцевины зависит от состава стали и от содержания в ней углерода. Слой получается не слишком вязкий, он более чувствителен к шлифованию, ввиду чего закалку при темпера­туре выше Асз, применяют лишь в некоторых случаях.
...
Для того чтобы не стабилизировался остаточный аустенит, если не был устранен подстуживанием, необходимо сразу про­извести отпуск.
...
В изломе этой стали можно видеть бархатистое мелкое зерно; несколько более крупное зерно отчетливо отделяет цементован­ный слой.
...
содержит 'мелкоигольчатый мартенсит с минимальным количе­ством остаточного аустенита; присутствующий в слое цементит остается в структурно свободном состоянии. Этот режим способ­ствует созданию высококачественного слоя при эвтектоидном со­держании углерода или немного выше эвтектоидного. Слой при наличии большой твердости имеет хорошее качество. Процесс, практически применяемый для обработки легированных сталей, при повышении температуры несколько выше Ас\, приближается к процессу, приведенному в п. 2.
...
Данный способ закалки влечет за собой минимальную де­формацию; применяется для цементованных высоколегирован­ных сталей с очень толстыми, но незначительно науглерожен-ными слоями.
...
У углеродистых сталей излом сердцевины заметно отли­чается от излома слоя: он мягкий, крупнозернистый с блестя­щими гранями, а излом слоя — раковистый.
...
Высоколегированные стали с большим содержанием никеля склонны к сохранению остаточного аустенита, который устра­няют высоким отпуском. Хорошее качество слоя получают и при изотермической закалке в ванне, нагретой выше темпе­ратуры Ms.
...
Двойная закалка (рис. 26, С). Двойная закалка способствует получению хороших свойств сердцевины и поверхностного слоя. Вначале закалку производят при температуре несколько выше Ас3; сердцевина закаливается и приобретает мелкозерни­стое строение, а цементованный слой становится крупнозерни­стым, поскольку для него закалка произведена, в сущности, при температуре значительно выше Ас\.
...
При новом нагревании для второй закалки до температуры несколько выше Ас\ мартенсит распадается; после перехода за температуру Ас\ в сердцевине образуются тонкий феррит и аустенит; однородная структура возникает в переходной части слоя; эвтектоидная часть слоя состоит только из аустенита с включениями цементита. После этой обработки сердцевина за­каливается незначительно, но имеет мелкозернистую структуру; цементованный слой закален полностью и имеет мелкое зерно при максимальной твердости. После двойной закалки по вели­чине зерна в изломе стали трудно отличить цементованный слой от сердцевины. При наличии толстого слоя только его пе­реходная зона бывает несколько более крупнозернистой.
...
Режим двойной закалки рекомендуется для простых деталей, качество которых зависит от хороших свойств сердцевины и слоя. Этот режим целесообразно применять для сталей углеро­дистых цементованных и, в известной мере, для низколе­гированных.
...
Качественное изделие получают и после одинарной закалки при температуре выше Ас\. Для высоколегированных сталей двойную закалку обычно не применяют.
...
При двойной закалке нелегированные или низколегирован­ные стали не подвергают высокому отпуску, цель которого — достижение более полного распада аустенита. Только в том слу­чае, когда двойной закалке подвергают сталь глубокоцементо-ванную и сталь с большим содержанием никеля, высокий отпуск необходим [91].
...
Вторая закалка бывает изотермической; ее выполняют с охлаждением в соляной ванне при температуре выше М3; оконча­тельное охлаждение возможно и на воздухе. Эта закалка не­сколько уменьшает склонность к короблению. Однако при про­ведении ее с соблюдением указанных условий охлаждения деформация получается большей, чем при всех остальных спо­собах закалки после цементации. Двойная закалка невыгодна; она дорогая и малопроизводительная.
...
Изотермическую закалку применяют в тех случаях, когда цементованный слой закаливается на мартенсит непосредственно после цементации или нового нагревания. Необходимо знать температуру М8 слоя и положение самого отдаленного конца кривой начала распада.
...
Изотермическую закалку применяют для углеродистых и ле­гированных сталей. Когда детали не слишком большие по раз­мерам (у них охлаждение сердцевины проходит при частичном распаде аустенита), в результате изотермической закалки по­является мартенсит, если исходная температура превышала точку Асз- У деталей больших размеров в сердцевине, кроме мартенсита, наряду с ферритом появляются структуры распада, соответствующие более высоким температурам.
...
Изотермическую закалку используют часто, особенно для сложных деталей (детали автоматов, автомашин и т. д.). Этот процесс успешно совмещают с цементацией в соляных ваннах или только с нагревом в этих ваннах.
...
Изотермическую закалку с ограничениями, обусловленными фо.рмой и размерами, применяют для мелкозернистых углеро­дистых сталей, склонных к образованию мягких пятен. Для нит-роцементованных сталей■ изотермическую закалку применяют с успехом потому, что С-образная кривая слоя под влиянием азота смещена.
...
Когда сердцевина закалена не полностью, а слой закален при более высокой или нормальной температуре, в сердцевине образуется смесь феррита и мартенсита, а в слое — мартенсит, иногда небольшое количество цементита. Большая структурная неоднородность вызывает значительные напряжения между
...
слоем и сердцевиной. Мартенсит, образованный при непосред­ственной закалке, является тетрагональным и занимает объем почти на 4% больше, чем сердцевина, что вызвано присутствием углерода в физически плотно упакованной решетке, которая не может при быстром охлаждении принять кубическую форму.
...
Тетрагональный мартенсит при изотермической закалке не образуется, либо появляется в незначительном количестве в слу­чае постепенного перехода
...
•Неустойчивый тетраго­нальный мартенсит со вре­менем или после постепен­ного нагрева переходит в кубический, который имеет одинаковые со своим пред­шественником свойства, но меньший объем (2%), а благодаря этому и меньшие внутренние напряжения. Этот переход при темпера­
...
бического мартенсита, даже при незначительном уменьшении твердости, заметно возрастает вязкость цементованного слоя при изгибе (рис. 27). Из рисунка видно, что продолжительный отпуск оказывает незначительное влияние на вязкость.
...
Снижение напряжений в мартенсите уменьшает напряжение между зернами цементита и мартенситом в основной массе слоя и между цементованным слоем и сердцевиной; существенно сни­жается возможность появления трещин при шлифовании, кото­рые возникают при резком местном нагреве или при резком уда­лении больших поверхностных неровностей.
...
В качестве заключительной операции (после окончания всей термической обработки) рекомендуется производить отпуск це­ментованной стали выдерживанием в горячем масле от 30 мин. до 1 часа при 150—180° С или, в виде исключения, при 200° С.
...
После цементации деталей выполняют соответствующую тер­мическую обработку для устранения структурных дефектов, слу­чайно или часто встречающихся в некоторых сортах стали.
...
При выборе процесса цементации обращают внимание на причины возникновения дефектов. Они часто связаны со строе­нием стали, поэтому рекомендации об исправлении приводят в подробных производственных инструкциях.
...
Типичные недостатки цементованных слоев — остаточный аустенит и большое количество избыточного цементита. Остаточ­ный аустенит характерен для стали с большим содержанием ни­келя, избыточный цемен­тит— для сталей с по­вышенным содержанием хрома.
...
Не яюно пока, в каких случаях можно считать остаточный аустенит и излишний цементит причиной, вызывающей появле­ние дефектов. Однако этот вопрос решают в отдельности, сооб­разуясь с опытом.
...
Уменьшение количества остаточного аустенита. Остаточный аустенит в слое способствует получению пониженной твердости слоя (рис. 28). Его содержание можно установить металлогра­фически (рис. 29), магнитометрически или рентгенографически. Наличие остаточного аустенита ограничивает возможность до­стижения самой высокой твердости в слое, но вместе с тем оно сообщает значительную вязкость. Пониженная твердость яв­ляется недостатком, если детали будут подвергаться трению; они должны удовлетворять требованиям хорошей износостойкости.
...
Для зубчатых колес, которые должны, как правило, иметь достаточные твердость и сопротивление зуба «а излом, не всегда
...
низкую твердость принимают за недостаток. При пониженной твердости лучше осуществляется обкатка передачи и бесшум­ность хода, что больше способствует продолжительному сроку службы, чем предельно достижимая твердость.
...
В тех случаях, когда остаточный аустенит в слое является недостатком, существуют две возможности уменьшить его содер­жание: высокий отпуск между двумя закалками сердцевины и слоя, обработка холодом при температурах твердой двуокиси углерода или жидкого азота.
...
Высокий отпуск. Остаточный аустенит сохраняется у сталей с большим содержанием никеля и хромонйкелевых, в которых никель задерживает нормальный распад аустенита на мартен­сит. Остаточный аустенит сохраняется особенно при значитель­ном науглероживании и закалке при очень высокой темпера­туре. Это чаще всего бывает в толстом цементованном слое при двойной закалке, когда первую закалку производят при вы­сокой температуре для сердцевины, но перегревают при этом слой, или при одинарной закалке, когда выбирают такую темпе­ратуру, которая является промежуточной между температурами закалки сердцевины и слоя. У нитроцементованных слоев азот содействует устойчивости аустенита.
...
Поэтому для стали, склонной к сохранению остаточного аус­тенита при двойной закалке, применяют высокий отпуск перед закалкой слоя. Высокий отпуск производят после первой за­калки при температуре не выше 630° С (для сталей с высоким содержанием никеля целесообразнее—■ до 580°С). Продолжи­тельность отпуска — не менее двух часов. После высокого отпу­ска применяют самую низкую температуру закалки, но выше точки Ас\, чтобы снова не получилось большого количества оста­точного аустенита.
...
Распад остаточного аустенита (он очень устойчив, особенно при более высоком легировании) в некоторых случаях можно вызвать отпуском при 350° С. После этого детали необходимо быстро перенести в печь для высокого отпуска.
...
Обработка холодом. Средством для уменьшения содержания остаточного аустенита является глубокое подстуживание, как это следует из данных о распаде аустенита по С-образным кри­вым [75]. Мартеноитное превращение, особенно у высоколегиро­ванных сталей, заканчивается гораздо ниже нуля, а поэтому с помощью обработки холодом можно вызвать распад большей части остаточного аустенита. Процессу обработки холодом (в случае, если произвести ее сразу же после закалки) во мно­гом способствует температура — 78° С, которая получается от смеси твердой двуокиси углерода (сухого льда) с толуолом. Иногда оправдывает себя жидкий азот (—196°С). Применение жидкого воздуха и кислорода, согласно имеющимся данным [93], опасно из-за возможности взрыва при соприкосновении с мае-
...
лом И органическими веществами. Из рис. 30 видно, что приме­нение температур более низких, чем —80° С, не способствует улучшению процесса [75].
...
Успешную обработку холодом проводят сразу же после за­калки, чтобы остаточный аустенит не стабилизировался. Вы­держка при обработке холодом составляет около 2 час. При исходной твердости около 55 Я/?С достигается повышение ее на 5—7 единиц.
...
Подстуженную при отрицательной температуре сталь реко­мендуется отпустить так же, как закаленную, так как мартенсит,
...
Рис. 30. Влияние температуры обра­ботки холодом на содержание оста­точного аустенита для трех сталей, изготовляемых в СССР [75].
...
сетки, то для деталей, подвергнутых шлифованию, опасность по­явления шлифовочных трещин возрастает; для деталей, подвер­гающихся высоким давлениям, большую опасность представляет выкрошивание слоя. Наоборот, спорно, являются ли карбиды, особенно в виде зерен, вредными для слоев, подвергающихся трению в
...
Если же присутствие цементита как нежелательной состав­ляющей структуры повышенной твердости после закалки (свыше 64 HRC) установлено и подтверждено металлографически, то для его устранения производят отжиг. Детали отжигают в
...
Диффузионный отжиг можно производить и в соляных ван­нах с небольшой науглероживающей способностью, например с использованием соли GS 540 с 5% соли СЗ, однако этот про­цесс очень дорог.
...
При диффузионном отжиге, когда выбирают температуру, соответствующую температуре цементации, происходят увеличе­ние общей толщины слоя и улучшение его качества.
...
Диффузионный отжиг применяют для предупреждения воз­никновения структурно свободного цементита. Уже Hanson и Hurst [51] рекомендовали проводить цементацию на большую глубину (при которой есть опасность возникновения структурно свободного цементита) при двух температурах: начинать про-цес при обычной температуре, а заканчивать при температуре несколько выше Ас\.
...
Иногда рекомендуют применять цикл цементации в двух ваннах [37]. Опытным путем установлено, что для сталей с боль­шой склонностью к возникновению избыточного цементита вна­чале лучше провести цементацию в течение необходимого вре­мени в сильно науглероживающей ванне С5 при 930° С, потом следует детали перенести в медленно науглероживающую ванну GS 540 с 5% соли СЗ или GS 560 с 25% СЗ. Длительность вы­держки устанавливают опытным путем. Для общего расчета толщины слоя действительно выработанное практикой правило: если прибавить половину времени протекания цементации ь медленно науглероживающей ванне ко времени процесса, происходящего в ванне С5, то получим общее время, необхо­димое для получения толщины слоя по диаграмме.
...
Непосредственно перед цементацией детали обрабатывают так, чтобы их поверхность была подготовлена для диффузии уг­лерода или наоборот защищена (в Местах, не подлежащих науглероживанию). В тех случаях, когда неважно, будет ли в некоторых местах деталь науглерожена или нет, поверхность после предварительной термической обработки оставляют слегка окисленной. Не рекомендуется, однако, оставлять тол­стый слой окалины, которая может восстановиться до железа, а затем дать рыхлую и отслаивающуюся окалину.
...
Обработка резанием. Перед обработкой резанием деталей, предназначенных для цементации, предварительно выполняют операции, которые позволяют значительно уменьшить припуск на механическую обработку или избежать нарушения волок­нистого строения (у поковок). Для снятия напряжений полезно провести отжиг. Он бывает кратковременным при температуре почти на 100° С ниже температуры обычного отжига стали. При этом может образоваться лишь небольшой слой окалины, осо­бенно в случае применения восстановительной среды. Тогда из­делие лучше не подвергать травлению или пескоструйной об­работке.
...
Качество поверхности зависит от характера ее обработки после цементации. Для процесса цементации качество поверхности не играет роли, однако большие выступы на ней науглерожи­ваются больше и склонны к дроблению при шлифовании; поэтому они врезаются в поверхность, что приводит к возник­новению шлифовочных трещин. Отсюда вывод: поверхности, предназначенные для шлифования (как правило, рабочие или наружные), должны быть тщательно обработаны до цементации.
...
Деформация в холодном состоянии. Для цементации при­годна чистая металлическая поверхность, полученная при холод­ной деформации. В металлах, подверженных этой деформации,
...
диффузия проходит более активно, так как температура рекри­сталлизации стали после холодной деформации бывает превзой­дена при цементации раньше; поэтому раньше наступает диффу­зия углерода.
...
При массовом производстве находят применение детали, из­готовленные из стали методом холодной деформации (глубокое прессование, прошивка и т. п.); обработка без снятия стружки экономична и пригодна для серийного производства.
...
Для глубокой прошивки отверстий сталь должна содержать небольшое количество углерода (ниже 0,10%) и должна иметь незначительное количество сопутствующих элементов. Жела­тельно, чтобы она была мелкозернистой. Однако следует пом­нить, что не исключено возникновение мягких пятен.
...
Перед прессованием сталь отжигают чаще всего так, чтобы небольшое количество присутствующего в ней перлита имело зернистую структуру. После прессования обычно нет нужды в термической обработке, так как и изделия становятся проч­ными.
...
Изделия, предназначенные для цементации, целесообразно предварительно подвергнуть нормализации, так как они под влиянием температуры цементации могут дать грубозернистое строение в местах критической деформации и образовать круп­ную сетку цементита.
...
Очень мягкие и мелкозернистые стали, склонные к образова­нию мягких пятен, лучше цементовать в соляных ваннах.
...
Очистка. Рабочие поверхности изделий, подвергающихся це­ментации, основательно очищают от ржавчины, жирных пятен и окалины. Небольшой налет ржавчины не вреден, особенно при последующем шлифовании. Жирные пятна при цементации ис­чезают, но позднее на этих местах могут возникнуть пятна, ко­торые затрудняют контроль поверхности после закалки.
...
Перед цементацией детали в корзинах обезжиривают в меха­нических моечных машинах или в ваннах. В закалочный цех детали поступают сухими. Изделия с налетом ржавчины, осо­бенно после хранения в промежуточных складах, протравливают в слабом растворе соляной или серной кислоты и затем нейтра­лизуют.
...
Мелкие детали, закаливаемые из ящика, иногда заранее снаб­жают кольцами из проволоки для захватывания и переноса. При газовой цементации в проходных печах такие кольца не применяют. Когда цементацию производят в солях, рекомен­дуется применять кольца и для больших деталей (если для них не приготовлены особые приспособления). При подвешивании предохраняют от цементации те места детали, которые должны остаться мягкими.
...




Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник