Группа легированных конструкционных сталей для термохимической обработки, в которых после цементации или цианирования, а также термообработки ожидается получение твердой и износостойкой поверхности изделия при сохранении достаточно высокой пластичности сердцевины. По этой причине они чаще всего используются и называются сталями для зубчатых колес.

Термохимическая обработка стали для цементации

Твердость и износостойкость поверхности достигаются путем насыщения углеродом на глубину от 0,8 до 1,5 мм и термообработкой, последующими этапами которой являются закалка и отпуск. Стали этой подгруппы характеризуются довольно низким содержанием углерода в химическом составе – макс. 0,25% по сравнению с другими легированными конструкционными сталями (например, сталями для упрочнения).

По сравнению с другими методами закалки поверхности, такими как азотирование, цианирование или поверхностная закалка, при углеродистой поверхности изделия при исследовании свойств и твердости материала в глубину сердцевины параметры снижаются не резко, а постепенно. Однако следует помнить, что для предотвращения образования надэвтектоидального слоя рекомендуется использовать мягко действующие средства для цементации поверхности материала.

Процесс цементации в зависимости от марки стали проводится в диапазоне температур от 880 до 1050 °C. Последующий процесс закалки для сердцевины составляет 880-920 °C, который можно начать сразу после цементации. Закалка углеродистых слоев проводится при температуре 780-820 °C. Отпуск осуществляется при температуре около 150–200 °C.

Химический состав

Наиболее распространенными легирующими добавками в сталях для закалки являются хром в концентрации 0,7-2,1%, марганец (Mn), молибден (Mo) и никель (Ni). Помимо хрома, добавляются также элементы, улучшающие и предотвращающие ухудшение заданных свойств, такие как титан (Ti), ванадий (V), вольфрам (W) и бор (B). Хром, никель и марганец повышают закаливаемость стали и пластичность сердцевины. Бор, добавляемый в хромо-марганцевые стали, повышает пластичность термообработанного слоя материала. Все стали для цементации производятся в успокоенном состоянии.

Применение

Для меньших зубчатых колес и других мелких компонентов в условиях спокойной работы используются хромомолибденовые марки 14HG, 16HG, 20HG и 18ХГТ из-за более низких прочностных характеристик сердечника. Также хромистые стали, такие как 15H, 17Cr3, 20H или 28Cr4, имеют такие же низкие параметры. Добавление титана в марку 18ХГТ сдерживает процесс зернообразования в сталях с высоким содержанием марганца, позволяет повысить температуру цементации и сокращает продолжительность первого этапа термообработки.

Для более крупных компонентов, таких как валы и зубчатые колеса, используются хромомолибденовые и хромомолибденовые стали, такие как 14HGM, 15HGM, 18HGM, 19HM и 17HGN, которые характеризуются достаточно высокой прочностью поверхности и большой пластичностью сердцевины. Из вышеперечисленных, в условиях, подверженных дополнительно сильным и переменным перегрузкам и ударам, где требуется максимальная прочность и пластичность сердцевины, лучшим выбором являются хромоникелевые или хромоникелевые марки, дополнительно обогащенные вольфрамом или молибденом, такие как 16ХГ, 20ХГ, 18ХГТ,18ХГМ, 15ХН, 17ХНМ, 20ХНМ, 08Х18Н10, 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 18Х2Н4ВА.

Нормы

Вышеописанные легированные стали для закалки определяют стандарты PN-58/H-84029, PN-72/H-84035, PN-89/H-84030 и евронорма PN-EN 10084, в соответствии с которыми поставляются:

Холоднокатаные ленты для цементации по EN 10132-2, GOST 2283-79
Трубы для цементации без шва по EN 10297-1, GOST 8732-78, GOST 8731-74
Листы для цементации, прокатные по EN 10051, GOST 19903-2015
Поковки и свободно кованые прутки для закалки по PN-79/H-94500, PN-60/H-94010, EN 10250-3, GOST 8479-70
Вальцованные стержни для цементации по PN-60/H-93013, EN 10263-3, GOST 2590-200
Прутки со светлой поверхностью для закалки по EN 10277-4, GOST 2590-2006
Проволока и катанка для цементации по EN 10263-3, GOST 17305-91, GOST 30136-95