Конструкционные цементуемые хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали

Цементуемые стали

Цементуемые стали используются для изготовления деталей, которые работают на износ, а также подвергаются ударным и переменным нагрузкам. В таких деталях сочетаются высокая поверхностная прочность, твердость и достаточная вязкость сердцевины. Процессу цементации подвергаются низкоуглеродистые стали, содержание углерода в которых не превышает 0,25 %. Цементуемые углеродистые стали 15, 20, 25 применяются при изготовлении деталей небольшого размера, которые функционируют в условиях износа при малых нагрузка. Твердость данных деталей составляет 60-64 HRC. К таким деталям относятся:

• втулки,
• шпильки,
• оси,
• валики.

Для изготовления более крупных и тяжелонагруженных деталей используется цементуемая легированная сталь. Такие детали должны обладать достаточно твердой сердцевиной, высокой твердостью поверхности. Примерами данных деталей являются поршни, пальцы, кулачковые муфты. Хромистые стали 15Х и 20Х применяются при изготовлении деталей простой формы, которые цементуются на глубину от 1 до 1,5 миллиметров. В случае закалки с охлаждением в масле, которая производится после цементации, сердцевина имеет бейнитное строение, поэтому хромистые стали обладают высокими прочностными свойствами.

Хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали

Легирующие элементы обеспечивают стали такими свойствами, как жаростойкость, пластичность, прочность, а также защитными от коррозии свойствами. Основным элементом, который обеспечивает коррозионную стойкость является хром. В чистом виде он обладает высокой химической стойкостью из-за образования защитной окисной пленки на его поверхности. При добавлении в сталь хрома он образует с железом твердые растворы, способствующие увеличению коррозионной стойкости. Однако, происходит это только в том случае, когда содержание углерода составляет не менее 12 % (может достигать максимум 20 %). Вторым основным легирующим элементом является никель. Никель способен стабилизировать структуру стали при всех возможных температурных режимах, что обеспечивает улучшение механических свойств, уменьшение склонности к росту зерен и т.п. Чтобы сохранить в стали аустенит, в некоторых случаях вместо никеля может быть использован марганец, однако, он обеспечивает меньшую, по сравнению с никелем, стойкость.

Чтобы получить нержавеющую сталь аустенитного класса можно полностью или частично заменить никель марганцем, что способствует снижению конечной стоимости изделия. Так как эффективность марганца значительно ниже, чем никеля, его вводят в сталь в два раз больше. Марганец увеличивает растворимость азота в процессе кристаллизации. Это позволяет вводить азот в сталь в количестве 0,5- 0,6% при нормальном атмосферном давлении без нарушения плотности. Азот, когда внедряется в кристаллическую решетку аустенита, способствует его упрочнению и повышению стабильности как аустенитнообразующего элемента. Механические свойства таких сталей зависит от структуры, а также содержания марганца. В случае содержания азота 0,25 % прочность увеличивается в то время, как пластичность уменьшается. Увеличение содержания марганца увеличивает ударную вязкость при температуре глубокого холода. Из-за большого содержания азота, вводимого в хромомарганцевые стали, они приобрели самостоятельное значение как высокопрочные коррозионностойкие стали. Так как марганец повышает растворимость углерода в твердом растворе, то его большое содержание становится причиной увеличения вязкости после отпуска. На холоднокатаном металле марганец позволяет получить высокий уровень пластичности (более 60 %), при этом немагнитность сохраняется. Если в хромомарганцевой стали содержится более 15 % хрома, то вместе с марганцем в нее необходимо вводить и никель, чтобы получить аустенитную структуру. При увеличении содержания никеля аустенитная область существенно расширяется, а если увеличить содержание марганца более 6 % можно наблюдать незначительное ее сужение. Сейчас широкое распространение получили хромомарганцевоникеоевые стали с азотом типа 17-8-4-N, использующиеся, как нержавеющий, коррозионностойкий и теплостойкий материал для высокопрочных конструкций. Они используются в тех областях, где предъявляются к металлу повышенные требования по истираемости. Несмотря на то, что стойкость хромомарганцевоникелевые стали менее коррозионностойкие, чем стали с содержанием хрома 18 % и никеля 8 %, они нашли широкое применение в современной промышленности для изготовления пищевого оборудования, бытовых приборов и т. п.