В связи с тем, что необходимо
обеспечить требуемую прокаливаемость слоя и сердцевины и добиться
минимальной деформации при закалке для изготовления ответственных
деталей, используют закаливающиеся в масле легированные стали;
углеродистые стали, закаливающиеся вводе, для этих изделий не
применяются.
Однако чрезмерно высокое
содержание легирующих элементов (в особенности дефинитных) в сталях
для цементуемых изделий, например шестерен, не рекомендуется ибо при этом
затрудняется применение наиболее экономически и технически выгодного
метода непосредственной закалки их после цементации. Непосредственная
закалка высоколегированных сталей неприемлема из-за опасности
образования в структуре цементованного слоя чрезмерно большого
количества остаточного аустенита, вследствие чего может значительно
снизиться прочность изделия, например шестерен.
Рекомендуемое содержание углерода
в цементуемых легированных сталях ранее не превышало 0,24% , однако
за последние годы в ряде случаев допускаетси повышение этого предела до
0,30%.
В отечественной промышленности для
ответственных цементуемых шестерен используются хромомарганцевые стали с
титаном (18ХГТ, ЗОХГТ) и с молибденом (25ХГМ),
хромоникельмолибденовые (20ХНМ, 22ХНМ, 20ХН2М), хромомар-ганцевоникелевые
(19ХГН), хромоникелевые с титаном (15ХГНТА), а также легированные
стали с добавкой бора (20ХГР, 20ХНР, 20ХГНТР), хромоникелевая
экономно-легированная сталь 25ХГНМАЮ и др.
Высоколегированные хромоникелевые
стали с 3—4% N4 (типа 12ХНЗА,
12Х2Н4А) применяются в значительно меньших масштабах. В зарубежной
практике также наиболее широко используются среднелегированные
цементуемые стали, для упрочнения которых с успехом может быть применен
более рациональный метод химико-термической обработки — цементация и
непосредственная закалка с подстуживанием (или без
подстуживания).
Основные требования к цементуемым
изделиям. Толщина диффузионного слоя оказывает весьма существенное влияние
на прочность (прежде всего иа сопротивление усталости при изгибе и на
контактную выносливость). При этом наибольшее значение имеет
отношение толщины слоя к толщине сечения изделий; для цилиндрических
изделий — отношение толщины слоя к радиусу (/•), а для зубчатых колес
— отношение толщины слоя к модулю (т).
Анализ, проведенный с учетом
принятых значений твердости и прочности для слоя и сердцевины, позволяет
сделать однозначный вывод, что использование для оценки толщины
упрочненного слоя такого критерия, как общая глубина насыщения до
исходной структуры сердцевины, неприемлемо 126]. Более правильно учитывать
не общую глубину насыщения, а эффективную толщину слоя, которая
характеризуется контрольной твердостью свыше определенного значения. В
качестве контрольной была предложена твердость НЯС 50, которая
характеризует суммарную толщину распространения эвтектоидной зоны и
половины переходной зоны, что соответствует концентрации углерода в слое
свыше 0,4% (табл. 5) [26].
Однако в последнее время для
оценки эффективной толщины слоя получили распространение и более высокие
значения контрольной твердости — до 540 или 600 единиц твердости по
Виккерсу при нагрузке 0,5 кгс в зависимости от марки цементуемой стали
(табл. 6) [68].
Рекомендуемые абсолютные значения
эффективной толщины цементованного слоя определяемой в соответствии с
табл. 5 для зубчатых колес приведены ниже 168].
Модуль зубчатых колес, мм ....... 1,5 — 2,25 2,5—3,5 4,0—5,5 6,0 — 10 11 — 12 14 — 18
Рекомендуемая эффективная толщина слоя,
мм..........0,3^=0,1 0,5=Ь0,2 0,8*0,3 1,2*0,3 1,5=1:0,4 1,8±0,5
Весьма существенное влияние на
прочность цементованной стали оказывает твердость сердцевины, которая
зависит главным образом от концентрации углерода в стали. Хотя
показатели прочности цементованной стали повышаются с ростом содержания
углерода и твердости сердцевины, однако это увеличение не может быть
беспредельным, ибо при чрезмерно высоком содержании
углерода
