Механические свойства в сердцевине некоторых типичных цементуемых

сталей после цементации, закалки и низкого отпуска при 180…200 ⁰С

(по данным Ю.М. Лахтина)

Марка  стали	Рекомендуемое максимальное поперечное рабочее сечение, мм	Температура закалки, 0С	Механические свойства
			sв, МПа	s0,2, МПа	d, %	y, %
20Х	35	820	650	800	11	40
18ХГТ	35	870	900	1000	9	50
20ХГР	40…60	880	800	1000	9	50
20ХГМ	60…80	860	1100	1200	10	45
30ХГТ	60…80	850	1300	1500	9	40
12Х2Н4А	100…120	800	110	1300	9	45
18Х2Н4МА	Более 120	860	850	1150	12	50

Азотирование деталей из легированных сталей. Процесс азотирования применяют для деталей, работающих на износ и воспринимающих знакопеременные нагрузки (детали дизелей, авиамоторов и др.). Применение при азотировании имеет специальная сталь 38Х2МЮА и др. С целью ускорения процесса используют двухступенчатый режим азотирования в диссоциированном аммиаке: 1 – при 500…520 ⁰С 12 ч (степень диссоциации аммиака 20…40 %); 2 – при 550…570 ⁰С 42 ч (степень диссоциации 50…60 %). При этом обеспечивается глубина слоя 0,5…0,7 мм и твердость поверхностного слоя по Виккерсу HV 950…1000. После азотирования дополнительную обработку не проводят. Для азотирования широко применяются шахтные печи. Внутри нагревательной камеры устанавливается герметически закрытая реторта (муфель), в которую из баллона подается аммиак. Аммиак при нагреве диссоциирует с образованием атомов азота и водорода.

Нитроцементация. Процесс насыщения поверхностных слоев деталей углеродом (0,65…0,95%) и азотом (0,35…0,40%) ведется в печах
непрерывного действия в газовой среде из 80…90% эндогаза, 5…8%
природного газа; 2…7% аммиака при 840…870°С. Длительность процесса при 850 ⁰C для получения слоя 0,5…0,7 или 0,8...1,0 мм составляет соответственно 5 и 9 ч. Далее детали несколько подстуживают до 820....830 ⁰C и проводят ступенчатую закалку с охлаждением в масляной или щелочной ванне («горячая» среда с температурой 170..190°С), а затем низкий отпуск при 160…180 ⁰C. Нитроцементация может проводиться в шахтных печах с подачей каплями жидкого триэтаноламинаина (С₂Н₃О)₃N.

Ниже приведены примеры решения задач.

Пример 3. Обеспечить поверхностное упрочнение на глубину 0,4 мм вала диаметром 30 мм. Твердость поверхностного слоя HRC 60, предел текучести сердцевины не ниже 900 МПа.

Решение. В соответствии с заданными техническими требованиями принимаем по данным табл. 5 в качестве способа упрочнения нитроцементацию, закалку и низкий отпуск; марка стали 35Х. Как видно из табл. 7, в этом случае обеспечивается при диаметре детали до 30 мм предел текучести сердцевины 930 МПа, твердость поверхностного слоя HRC 58...64, глубина упрочняемого слоя 0,2…0,8 мм. Эти данные соответствуют техническим требованиям в условиях задания.

Ответ. Принимаем для поверхностного упрочнения детали нитроцементацию с закалкой и низким отпуском. Выбираем марку стали 35Х                        ГОСТ 4543-71.

Пример 4. Назначить режим азотирования детали диаметром 30 мм из стали 38Х2МЮА на глубину 0,6 мм с HV 950. Выбрать нагревательное устройство для проведения азотирования.

Решение. В соответствии с рекомендациями по азотированию принимаем следующий ступенчатый режим азотирования: 500...520 ⁰C, 12 часов, а затем 550…570 ⁰С, 42 часа (степень диссоциации аммиака 20…40 % и 50…60%).

По табл. 4 принимаем для азотирования шахтную электрическую печь США – 6 × 6/7.

Ответ. Принимаем ступенчатый режим азотирования: 500…520 °С, 12 ч и 550…570°С 42 ч.

Принимаем следующее нагревательное устройство: шахтная печь типа США – 6 × 6/7.

Пример 5. Назначить режим цементации на глубину 1,5 мм зубчатых колес диаметром 70 мм для коробки передач автомобиля; сталь 25ХГТ. Выбрать оборудование для проведения цементации.

Решение. В соответствии с рекомендациями по газовой цементации принимаем следующий режим: температура нагрева 920 ⁰С, время цементации             8 часов, науглероживающая среда: керосин (40 капель/мин).

В качестве нагревательного устройства принимаем шахтную печь                Ц–105 Б.

Ответ. Принимаем режим цементации: температура нагрева 920 ⁰С, время 8 часов и нагревательное устройство: шахтная печь Ц–105 Б с подачей керосина.

Далее оформляется маршрутная карта обработки.

 

Задачи к домашней работе:

«Выбор стали и термической обработки деталей машин»

Задача №1

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления валов диаметром 50 мм редуктора. По расчету сталь должна иметь пре-дел прочности при растяжении:

    а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 800 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

Задача №2

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала двигателя. Вал должен иметь предел прочности при растяжении не ниже 700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м² . Диаметр вала:

    а) 35 мм; б) 50 мм; в) 120 мм.

Задача №3

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала диаметром 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

    а) не ниже 600 МПа, ударная вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

           б) не ниже 800 МПа, ударная вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

Задача №4

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для шатунов с поперечным сечением стержня 40 мм двигателя внутреннего сгорания. Сталь должна иметь предел прочности при растяжении:

    а) не ниже 600 МПа, ударную вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 750 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 900 МПа, ударную вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

Задача №5

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для изготовления коленчатых валов с диаметром шейки 60 мм двигателя. Предел текучести стали должен быть:

    а) не ниже 600 МПа, ударная вязкость не ниже 0,7 МДж/м²

    б) не ниже 750 МПа, ударная вязкость не ниже 0,8 МДж/м²

    в) не ниже 850 МПа, ударная вязкость не ниже 0,9 МДж/м²

Задача №6

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для вала тяжелонагруженного прицепа. Вал должен иметь предел прочности не ниже               700 МПа, ударную вязкость не ниже 0,8 МДж/м² .

Диаметр вала: а) 40 мм; б) 75 мм; в) 150 мм.

Задача №7

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес редуктора диаметром 50 мм. Твердость поверхности зубьев должна быть не ниже HRC 58 … 60, толщина поверхностного твердого слоя 0,7 … 0,9 мм.

    Предел текучести в сердцевине должен быть:

    а) не ниже 500 МПа;

    б) не ниже 600 МПа;

    в) не ниже 800 МПа.

Задача №8

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для стаканов цилиндров мощных дизельных двигателей, которые должны обладать повышенной износостойкостью поверхностного слоя (HV 1000 … 1050); толщина поверхностного твердого слоя  0,30 … 0,35 мм; предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 750 МПа.

Задача №9

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки поршневых пальцев диаметром 50 мм автомобильного двигателя внутреннего сгорания. Поршневые пальцы должны иметь высокую износостойкость поверхности (HRC 58 … 60), толщину поверхностного твердого слоя 1,5 … 1,8 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 600 МПа.

Задача №10

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес редуктора диаметром 30 мм. Твердость поверхности зубьев должна быть HRC 58 … 60; толщина поверхностного твердого слоя 0,30 … 0,35 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 700 МПа.

Задача №11

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для поршневого пальца диаметром 15 мм двигателя мотоцикла. Поршневые пальцы должны иметь высокую износостойкость поверхности (HRC 58 … 60) и предел текучести в сердцевине не ниже 650 МПа. Толщина поверхностного твердого слоя 1,5 … 1,6 мм.

Задача №12

    Выбрать марку стали, вид и режим термической обработки для зубчатых колес диаметром 60 мм коробки перемены передач. Твердость поверхности зубьев должна быть не ниже HRC 58; толщина поверхностного твердого слоя        0,6 … 0,8 мм. Предел текучести в сердцевине должен быть не ниже 600 МПа.

 

Список рекомендуемой литературы

Основная:

1. Фетисов, Г.П. Материаловедение и технология металлов: учеб. для студентов машиностр. спец. вузов / Г.П. Фетисов, М.Г. Карпман, В.М. Матюшин; под ред. Г.П. Фетисова. – 5-е изд; стереотип. – М.: Высш. шк., 2007. – 862 с.

 

Дополнительная:

1. Арзамасов, Б.Н. Материаловедение: учеб. для вузов / Б.Н. Арзамасов  [и др.]; под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. – 7-е изд., стереотип. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. – 648 с.

2. Журавлев, В.Н. Машиностроительные стали: справ. – 4-е издание / В.Н. Журавлев, О.И. Николаева. – М.: Машиностроение, 1992. – 480 с.

3. Мальцев, И.М. Материаловедение. Выбор марки стали для машиностроительного изделия с применением базы данных: комплекс учебно-методических материалов / И.М. Мальцев; Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород, 2006. – 62 с.