Что такое науглероженная сталь?
Сталь, используемая для изготовления науглероженных деталей, называется науглероженной углеродистой сталью. Науглероживание - это процесс термообработки закалки после науглероживания поверхности стальных деталей. Проникновение углерода может значительно улучшить износостойкость, долговечность, ударную вязкость и другие свойства стальных деталей.
Науглероженная углеродистая сталь обычно проходит науглероживание, а затем закалку и отпуск при низкой температуре, тогда в основе детали лежит низкоуглеродистый мартенсит с достаточной прочностью и ударной вязкостью, поверхность твердая и износостойкая, отпущенный мартенсит и определенное количество мелкого карбида структура. Некоторые детали конструкции работают в условиях сильных ударов и износа, например, шестерни трансмиссии автомобилей и тракторов, кулачки и поршневые пальцы двигателей внутреннего сгорания и т. Д., Которые требуют высокой твердости поверхности и износостойкости, в то время как основные требования имеют более высокую прочность и ударную вязкость, В настоящее время подходит для низкоуглеродистой стали путем науглероживания и закалки и низкотемпературного отпуска, центр деталей - организация закалки из низкоуглеродистой стали, чтобы обеспечить высокую ударную вязкость и достаточную прочность, а поверхность (на определенной глубине) с высоким содержанием углерода содержание (0.85% ~ 1.05%), высокая твердость после закалки (HRC> 60) и хорошая износостойкость.
Химия науглероженной стали
Науглероженная углеродистая сталь, как правило, представляет собой низкоуглеродистую сталь (содержание углерода 0.15 ~ 0.25%), поэтому науглероженные части сердечника обладают хорошей вязкостью и пластичностью.
Для повышения прочности стального сердечника в сталь может быть добавлено определенное количество легирующих элементов, таких как Cr, Ni, Mn, Mo, W, Ti, B и т. Д. Cr, Mn, Ni и другие легирование увеличивает прокаливаемость стали, так что ее поверхностный слой и сердцевинная структура могут быть усилены после закалки и отпуска при низкой температуре. Кроме того, небольшое количество Мо, W, Ti и других карбидов может образовывать стабильные карбиды сплава, которые измельчают зерно. и предотвращают перегрев стальных деталей во время науглероживания. Небольшое количество B (0.001% ~ 0.004%) может значительно повысить прокаливаемость легированных углеродистых сталей.
Классификация науглероженных углеродистых сталей
Легированные науглероженные углеродистые стали классифицируются следующим образом в зависимости от их прокаливаемости или прочности:
Cарбуризирующая сталь с лпрокаливаемость
Это углеродистая сталь с низкой прочностью (предел прочности на разрыв ≤800 МПа), такая как 1018, 1056 и т. производство износостойких деталей с низким напряжением и низкими требованиями к прочности, таких как распределительный вал дизельного двигателя, поршневой палец, скользящий блок, шестерня и т. д. Зерна сердцевины таких сталей имеют тенденцию к увеличению при науглероживании, особенно в марганцевых сталях. Если требуется высокая производительность, вторая закалка может быть проведена после науглероживания, то есть после науглероживания, первая нормализующая обработка для устранения перегретой структуры, образованной науглероживанием, а затем повторным нагревом и закалкой.
Науглероживающая сталь со средней закалкой
Это науглероженная углеродистая сталь средней прочности (предел прочности на разрыв = 800 ~ 1200 МПа), такая как SAE 4120, 4140 и т. Д. Они содержат около 4% легирующих элементов, в основном Cr и Mn, которые эффективно улучшают прокаливаемость и механические свойства (предел прочности при растяжении = 1000 ~ 1200 МПа), используются для изготовления тяжелых и средних изнашиваемых деталей и средних нагрузок зубчатых колес с большим модулем упругости. Такие как автомобиль, коробка передач трактора и шестерня заднего моста, вал шестерни, головка крестовины, втулка шлицевого вала, седло клапана, диск CAM и т. Д. Поскольку он также содержит Ti, V и Mo, тенденция к росту зерен аустенита во время науглероживания мала , а температура науглероживания может быть предварительно снижена до примерно 870 ° C для прямой закалки, а после отпуска при низкой температуре детали имеют лучшие механические свойства.
Науглероживающая сталь с высокой закалкой
А именно высокопрочная науглероженная углеродистая сталь (предел прочности> 1200 МПа), такая как SAE 8620 и 8720, 9310 и т. Д. Прокаливаемость стали, особенно никеля, может быть значительно улучшена при более чем 7.5% Cr в общем легирующем элементе, чтобы улучшить его прочность и хорошую вязкость.
Эти стали могут использоваться в качестве важных крупных деталей для тяжелых нагрузок и сильного износа, таких как активные тяговые передачи для тепловозов, коленчатые валы для дизельных двигателей, шатуны и прецизионные болты для головок цилиндров.
Элемент с более высоким содержанием легирующих элементов заставляет С-образную кривую перемещаться вправо и даже при воздушном охлаждении обеспечивает структуру мартенсита. Температура мартенситного перехода также резко падает, так что науглероживающий поверхностный слой будет сохранять большое количество остаточного аустенита после закалки. Чтобы уменьшить остаточный объем аустенита после закалки, карбид может быть сфероидизирован или подвергнут холодной обработке перед закалкой путем отпуска при высоких температурах.