Прокаливаемость углеродистой

В результате термической обработки поверхностный слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита и изолированных участков остаточного аустепита (не более 15—20 %). Большое значение имеет прокаливаемость цементованного слоя, под которым понимают способность стали образовывать структуру мартенсита с HRC 59—62 на заданном расстоянии от поверхности. Образование в цементованном слое карбидов и внутреннее окисление, уменьшая количество легирующих элементов в аустените, снижают прокаливаемость цементованного слоя Карбиды добавочно уменьшают прокаливаемость, играя роль готовых центров распада аустенита, снижая его устойчивость. Недопустимо образование карбидной сетки, резко повышающей хрупкость слоя Изолированные карбиды также могут снизить вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей. Увеличение интенсивности охлаждения повышает прокаливаемость слоя.

Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (или вольфрамом), что очень важно для крупных изделий, в которых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя устранить эту хрупкость. Кроме того, молибден (вольфрам) повышает прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем), устойчивость стали против отпуска и способствует образованию мелкозернистой стали. Молибден значительно улучшает механические свойства стали после цементации (нитроцементации) и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя, так как стали, содержащие молибден, не склонны к внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризатором.

В результате термообработки поверхностный слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита (рис. 149, б) и изолированных участков остаточного аустенита (до 30—50 %). Большое значение имеет прокаливаемость цементованного слоя, под которой понимают способность стали образовывать структуру мартенсита с 59—62 HRG на заданном расстоянии от поверхности. Образование в цементованном слое карбидов и внутреннее окисление, уменьшая количество легирующих элементов в аустените, снижает прокаливаемость цементованного слоя. Карбиды добавочно уменьшают прокаливаемость, играя роль готовых центров распада аустенита, снижая его устойчивость. Недопустимо образование карбидной сетки, резко повышающей хрупкость слоя. Изолированные карбиды также могут снизить вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей. Увеличение интенсивности охлаждения повышает прокаливаемость слоя.

Для подавления обратимой отпускной хрупкости сталь легируют молибденом (или вольфрамом), что очень важно для крупных изделий, в которых даже при охлаждении в воде от температур отпуска нельзя устранить эту хрупкость. Кроме того, молибден (вольфрам) повышает прокаливаемость (особенно в сочетании с никелем) и устойчивость стали отпуску. Молибден улучшает механические свойства стали после цементации (нитроцементации) и повышает твердость и прокаливаемость цементованного слоя, так как не склонен к внутреннему окислению при взаимодействии с газовым карбюризатором.

гирующих элементов в сталях не должно быть слишком высоким, но должно обеспечить требуемую прокаливаемость поверхностного слоя и сердцевины. При этом следует иметь в виду, что кар-бидообразующие элементы (Сг, Мп и др.) уменьшают растворимость углерода в аустените (рис. 160). Это способствует образованию в цементованном слое карбидов, при меньшем содержании углерода, обеднению аустенита легирующими элементами и уменьшению прокаливаемое™ цементованного слоя, как следствие этого, ухудшению механических свойств. Марганец и хром, которыми нередко легируют цементуемые стали, повышают прокаливаемость сердцевины и в меньшей степени цементованного слоя. Сильно повышает прокаливаемость цементованного слоя молибден.

Для измельчения зерна цементуемые стали микролегируют V, Ti, Nb, Zr, A1 и N, образующими дисперсные нитриды VN, TiN, AIN, карбонитриды V (N, С), Ti (N, С), Zr (N, С) или карбиды TiC, VC, задерживающими рост зерна аустенита. Для тяжело-нагруженных деталей, цементуемых (нитроцементуемых) на толщину более 0,5—0,6 мм, следует применять стали, легированные никелем (до 4 %), повышающим пластичность мартенсита, и молибденом (до 0,8 %), резко повышающим прокаливаемость цементованного слоя. Никель и молибден в отличие от марганца и хрома не склонны к внутреннему окислению, которое снижает прокаливаемость цементованного слоя и ухудшает механические свойства.

Хромоникелевые стали малочувствительны к перегреву при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенита (см. рис. 161, в) в области перлитного и промежуточного превращения обеспечивает высокую прокаливаемость цементованного слоя и сердцевины хромоникелевой стали. Это же позволяет закалить крупные детали с охлаждением в масле, а в некоторых случаях и на воздухе.

Бор повышает прокаливаемость лишь доэвтектоидных сталей, содержащих -^0,5—0,6 % С, но не улучшает прокаливаемость цементованного елоя.

Для высоконагруженных деталей, цементуемых на большую толщину (более 0,6—0,7 мм), рекомендуются стали, легированные никелем, молибденом с микродобавками Al, Ti, V и N (25ХГНМАЮ). Эти стали обеспечивают высокую прокаливаемость цементованного (нитроцементованного) слоя и хороший комплекс механических свойств.

Хромоникельмолибденовая (вольфрамовая) сталь 18Х2Н4МА (18Х2Н4ВА) относится к мартенситному классу и закаливается на воздухе (табл. 7.3), что способствует уменьшению коробления. Легирование хромоникелевых сталей W или Мо дополнительно повышает их прокаливаемость. Причем Мо существенно повышает прокаливаемость цементованного слоя, в то время как хром и марганец увеличивают прежде всего прокаливаемость сердцевины. В цементованном состоянии данную сталь применяют для изготовления зубчатых колес авиационных двигателей, судовых редукторов и других крупных деталей особо ответственного назначения. Эту сталь используют также как улучшаемую при изготовлении деталей, подверженных большим статическим и ударным нагрузкам.

В результате термической обработки поверхностный слой приобретает структуру мелкоигольчатого мартенсита и изолированных участков остаточного аустенита (не более 15—20 %). Большое значение имеет прокаливаемость цементованного слоя, под которым понимают способность стали образовывать структуру мартенсита с HRC 59—62 на заданном расстоянии от поверхности. Образование в цементованном слое карбидов и внутреннее окисление, уменьшая количество легирующих элементов в аустените, снижают прокалива емость цементованного слоя Карбиды добавочно уменьшают прокаливаемость, играя роль готовых центров распада аустенита, снижая его устойчивость. Недопустимо образование карбидной сетки, резко повышающей хрупкость слоя Изолированные карбиды также могут снизить вязкость цементованной стали, особенно в углах и на торцах деталей. Увеличение интенсивности охлаждения повышает прокаливаемость слоя.

Фиг. 6. Прокаливаемость углеродистой и низколегированной сталей с 1,1% С (охлаждение в водном растворе соли) [5 J.

Прокаливаемость углеродистой стали в небольших сечениях

Прокаливаемость углеродистой стали. Простые углеродистые стали широко применяются в машиностроении, но термическая обработка их сложна и не всегда дает в поточно-массовом производстве достаточно однородные и высокие! механические свойства. Это объясняется тем, что при небольших колебаниях в содержании углерода, марганца и других элементов получается большое различие в прокаливаемости. Например, полученная в результате испытаний большого количества плавок стали марки 45 полоса прокаливаемости (фиг. 154) имеет большую ширину. Это доказывает, что прокаливаемость ее обнаруживает колебания в очень широких пределах. Объясняется это различиями в методе выплавки, разницей в содержании кислорода, азота и водорода, не определяемых при рядовых'контрольных анализах, разной величиной природного зерна и разной степенью однородности аустенита в разных плавках. Поэтому необходимо производство стали с определенными узкими пределами прокаливаемости или ее дополнительная сортировка по суженным пределам прокаливаемости. Такая сортировка позволяет устанавливать более рациональный режим и более узкий интервал температур при закалке углеродистых сталей.

Рис. 21. Влияние Si, AV>, Mn, Ni и Сг на бейнит-ную прокаливаемость углеродистой стали с 1% С

Введение в сталь ШХ15 > 2,2% Сг сопровождается образованием специальных карбидов хрома, оказывающих зародышевое действие и снижающих эффективность действия хрома. Из рис. 21 следует, что Прокаливаемость углеродистой стали, содержащей 1,0% С, с увеличением содержания хрома до 2,0% возрастает пропорционально количеству введенного хрома.

Рис. 37. Влияние бора на прокаливаемость углеродистой стали 50 (А. Г. Рахштадт и др.). Состав стали, % :

с увеличением содержания углерода положительное влияние бора на прокаливаемость углеродистой стали уменьшается, и при 0,8—0,9% С оно прекращается;

Рис. 59. Влияние алюминия на прокаливаемость углеродистой стали cl% С.Закалка в воде с различных температур

Влияние теллура. Теллур резко снижает прокаливаемость углеродистой стали 40Л и тем более заметно, чем выше его содержание [42]. Механизм отрицательного действия теллура на прокаливаемость стали не изучен. Полагают, что отрицательное влияние теллура на прокаливаемость вызвано тем, что последний «измельчает» зерно стали и, кроме того, при введении теллура в стали образуются высокодисперсные теллуриды, оказывающие зародышевое действие [42].

В работе Вильсона показано, что с повышением температуры нормализации прокаливаемость 'углеродистой стали 40 возрастает [20].