Глава 1. Кристаллическое строение металлов (стр. 8 )

Перед азотированием проводится термообработка, как правило, улучшение (закалка с высоким отпуском), с целью повышения прочности и вязкости сердцевины за счет формирования структуры сорбита зернистого. Затем проводят механическую обработку для придания окончательных размеров изделию, наносят защитные покрытия на участки, не подлежащие азотированию. После азотирования проводят окончательное шлифование изделия.

Азотирование повышает твердость, износостойкость, предел выносливости, сопротивление коррозии и применяется для упрочнения шестерен, гильз цилиндров, коленчатых и распределительных валов, клапанов двигателей внутреннего сгорания и т. д.

8. СТАЛИ

8.1. Классификация сталей

8.1.1. По назначению различают:

·  конструкционные стали общего назначения, к ним относят:

·  - строительные стали, предназначенные для строительных конструкций,

·  - машиностроительные стали – для деталей машин и механизмов;

·  конструкционные стали специального назначения для работы в особых условиях (повышенного износа, коррозии, высоких температур и т. д.);

·  инструментальные стали.

8.1.2. По химическому составу различают стали:

·  углеродистые;

·  легированные (если ЛЭ<5% - стали низколегированные; если ЛЭ≥13% - высоколегированные).

8.1.3. По содержанию углерода стали делят на:

·  низкоуглеродистые (<0,3% С);

·  среднеуглеродистые (0,3…0,7%С);

·  высокоуглеродистые (>0,7% С).

8.1.4. По качеству (содержанию вредных примесей серы и фосфора) различают:

·  стали обыкновенного качества, содержащие до 0,05%S и 0,04%P;

·  качественные – не более 0,04%S и 0,035%P.

·  высококачественные – не более 0,025%S и P.

8.1.5. По степени раскисления стали бывают:

·  Спокойные, полностью раскисленные марганцем, кремнием и алюминием для максимального удаления из жидкого металла кислорода. Они затвердевают спокойно без газовыделения в виде плотного слитка.

·  Кипящие, раскисленные только марганцем. Перед разливкой в них много оксида железа FeO, который образует с углеродом газообразный CO. Выделение пузырьков газа приводит к формированию пористого слитка без усадочной раковины. Кипящие стали склонны к хладноломкости, но обладают высокой пластичностью и хорошо деформируются в холодном состоянии.

·  Полуспокойные стали, раскисленные марганцем и алюминием, по свойствам занимают промежуточное положение.

8.2. Маркировка сталей(5.04.2012)

8.2.1.Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества:

маркируют буквами «Ст» и цифрой (от 0 до 6): Ст0, Ст1, Ст2, …Ст6. В конце марки указывается степень раскисления: например, ''сп'' – спокойная (Ст3сп), ''пс'' – полуспокойная (Ст4пс), ''кп'' – кипящая (Ст2кп). Цифра в марке – условный номер: с его увеличением растет содержание углерода от 0,06 до 0,49% и марганца от 0,25 до 0,8%. Соответственно растет прочность, а пластичность снижается.

8.2.2. Углеродистые конструкционные качественные стали

маркируют двузначными числами 08, 10, 15, 20, 25, 30, …85, которые обозначают среднее содержание углерода в сотых долях процента, например, сталь 08 содержит 0,08% С, сталь 10 – 0,1% С.

8.2.3. Конструкционные легированные стали

бывают качественные и высококачественные. Маркировка буквенно-цифровая. Число в начале марки – содержание углерода в сотых долях процента, буквы обозначают легирующий элемент (Табл.4), число после буквы – среднее содержание легирующего элемента в процентах, если числа нет – легирующего элемента около 1%.

Таблица 4

Обозначения основных легирующих элементов в маркировке сталей

Название	символ	Обозначение	Название	символ	Обозначение
Хром	Cr	Х	Титан	Ti	Т
Никель	Ni	Н	Алюминий	Al	Ю
Марганец	Mn	Г	Медь	Cu	Д
Кремний	Si	С	Ниобий	Nb	Б
Молибден	Mo	М	Бор	B	Р
Вольфрам	W	В	Кобальт	Co	К
Ванадий	V	Ф	Азот	N	А*

* Буква «А» в середине марки стали означает сталь, легированную азотом. Например, сталь 16Г2АФ содержит 0,16% С, 2% Mn, 0,2%V и 0,02%N.

Буква «А» в начале марки стали указывает на автоматную сталь, например, А40Г. Буква «А» в конце марки стали – на высокое качество стали, например, 18Х2Н4ВА – 0,18%С, 2%Cr, 4%Ni, ~1%W, А – высококачественная.

8.2.4. Инструментальные стали:

Углеродистые стали качественные маркируют У7, У8…У13 и высококачественные – У7А, У8А…У13А. “У”- углеродистые. Цифра указывает на среднее содержание углерода в десятых долях процента, например, сталь У8 содержит 0,8%С, У13 – 1,3%С.

Легированные стали имеют буквенно-цифровую маркировку: первая цифра показывает содержание углерода в десятых долях процента, если цифры нет, то содержание углерода 1% или более. Далее буквы, обозначающие легирующие элементы (табл. 4) и цифры, показывающие содержание легирующих элементов в процентах. Например, 9ХС содержит 0,9% С, 1% Cr и 1% Si.

8.3. Конструкционные стали общего назначения

Конструкционные стали общего назначения в зависимости от вида окончательной термообработки делят на:

·  цементуемые;

·  улучшаемые;

·  рессорно-пружинные.

8.3.1.  Цементуемые стали

– низкоуглеродистые, содержат 0,1…0,3%С. Применяются для деталей, от поверхности которых требуется высокая твердость и износостойкость, а от сердцевины повышенная вязкость.

Термообработка: цементация+закалка+низкий отпуск. Структура на поверхности: МОТП+ЦII+АОСТ, твердость поверхности 58…64 HRC. Структура сердцевины зависит от химического состава стали.

Углеродистые стали: 15, 20, 25. Структура сердцевины П+Ф; Применяются для ненагруженных деталей - шестерен, крепежа, кулачков и др.

Низколегированные хромистые стали: 15Х, 20Х, 15ХФ, 20ХМ. Структура сердцевины - нижний бейнит. Применение - поршневые пальцы, распределительные валы, крестовины карданного вала и др.

Легированные Cr-Ni - и Cr-Mn-стали: 12ХН3А, 18Х2Н4ВА, 25ХГМ, 18ХГТ. Структура сердцевины – низкоуглеродистый мартенсит. Применяют их для высоконагруженных деталей, работающих в условиях износа, ударных и циклических нагрузок: шестерни ведущих мостов и главных передач грузовых автомобилей, валы коробок передач, полуоси и др.

8.3.2.  Улучшаемые стали – среднеуглеродистые,

содержат 0,3…0,5% С. Применяются для деталей, работающих при ударных и циклических нагрузках: коленчатые и карданные валы, валы редукторов, оси, шатуны, шестерни и др.

Основная термообработка: улучшение (закалка + высокий отпуск). Структура: зернистый сорбит, который оптимально сочетает высокую прочность с высокой ударной вязкостью и выносливостью. Для малонагруженных деталей вместо улучшения проводится нормализация. Для деталей, работающих в условиях повышенного износа, после улучшения или нормализации проводят поверхностную закалку ТВЧ или азотирование.

Углеродистые стали 30, 35, 40, 45, 50. Термообработка: улучшение (нормализация), структура сорбит отпуска зернистый (сорбит пластинчатый+феррит). Обладают малой прокаливаемостью, применяются для осей шестерен, фланцев, крепежных деталей.

Легированные стали:

Хромистые: 30Х, 40Х, 40ХФА. Термообработка: улучшение + закалка ТВЧ + низкий отпуск. Структура: на поверхности - МОТП+АОСТ, в сердцевине – СОТП. Применяются для шатунов, валов коробки передач, шатунных болтов, креплений маховика, крепежа и т. д.

Хромомарганцевые 40ХГ, 40ХГТР, хромоникелевые 45ХН, 40ХН2МА. Термообработка: улучшение, структура сорбит отпуска зернистый. Применение: валы, штоки, поршни, шаровые пальцы, шатуны, коленчатые валы.

Хромомарганцевокремниевые (хромансилы): 30ХГС, 35ХГСНА. Термообработка: изотермическая закалка или улучшение. Структура, соответственно, – нижний бейнит или сорбит зернистый. Применяются для шаровых пальцев, рычагов рулевого управления, шатунных болтов, креплений маховика и. т.д.

Хромоалюминиевые (нитраллои): 38Х2МЮА. Термообработка: улучшение+азотирование. Структура: на поверхности – карбонитриды легирующих элементов, в сердцевине – СОТП. Применяются для гильз цилиндров мощных двигателей, плунжеров топливной аппаратуры, игл форсунок.

8.3.3.  Рессорно-пружинные стали

– высокоуглеродистые, содержат 0,5…0,8%С. Применяются для пружин, рессор и других упругих элементов.

Термообработка: закалка + средний отпуск. Структура - троостит отпуска. Свойства: высокие пределы упругости, текучести и выносливости. Рессорно-пружинные стали должны иметь высокую прокаливаемость, пластичность, вязкость, релаксационную стойкость.

Углеродистые стали: 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85. Применяются для пружин малого сечения (до 10 мм), эти стали имеют низкую релаксационную стойкость.

Легированные стали. Основными легирующими элементами в рессорно-пружинных сталях являются кремний (1…3% Si), марганец (~1% Мn), хром (~1%Cr), ванадий (~0,15%V), никель (до 1,7%Ni). Их вводят для повышения прокаливаемости, релаксационной стойкости и выносливости.

Кремнистые стали: 55С2, 60С2А, 70С3А применяют для автомобильных рессор, пружин вагонов. Кремний повышает прочность феррита, предел упругости, предел текучести, но способствует обезуглероживанию и графитизации. Эти недостатки устраняют добавками Cr, V, W, Ni: 60С2ХА, 65С2ВА, 60С2Н2А. Такие стали применяют для крупных тяжелонагруженных пружин и рессор.