Пламенная поверхностная закалка в машиностроении

А.А.Егоров, А.И.Коровин.

Москва, 1961 г.

Пламенная поверхностная закалка может быть применена ко всем металлам, которые вообще допускают закалку. Ввиду того, что при этом способе закалки поверхностьметалла не науглероживается и не обезуглероживается, основным критерием пригодности стали и чугуна для пламенной закалки является содержание в них связанного углерода. Для получения достаточно высокой твердости закаленного поверхностного слоя содержание углерода в простых углеродистых сталях должно быть не ниже 0,35%, в легированных сталях — не ниже 0,25%, а содержание связанного углерода в сером и ковкомчугунах — по ниже 0.5%.

По этой причине поверхностный слой металла ни R коем случае не должен быть обезуглероженным. Зона, подвергнутая обезуглероживанию при ковке, штамповке, прокатке или литье, должна быть обязательно обработана перед пламенной закалкой, в противном случае на поверхности не будет достигнута максимально возможная твердость данной марки стали.

В табл. 2 и 3 приведены марки сталей и чугунов, которые могут быть подвергнуты пламенной поверхностной закалке, причем метка* означает, что пламенная закалка наиболее приемлема для данной марки стали или чугуна и потому применяется наиболее часто.

Твердость стали после закалки быстро увеличивается при увеличении содержания углерода в ней вплоть до 0,4%, после чего увеличение твердости становится менее заметным и с 0,6— 0,7% совсем прекращается. Следовательно, применять пламенную закалку сталей с очень высоким содержанием углерода пользы мало и ее следует избегать.

Из простых углеродистых сталей особенно хорошо зарекомендовала себя при пламенной закалке сталь 45. Эта сталь применяется во всех случаях, когда необходима высокая твердостьповерхности детали (RC > 55)) и не требуется высокая прочность сердцевины. Из стали этой марки изготовляется огромный асссортимент деталей машин: шестерни, валики, коленчатые и распределительные валы, оси, втулки, шпиндели, перекидные рычаги и т. д. При закалке в воде эта сталь не дает трещин.

Сталь 35 в основном применяется для продолжительно нагруженных, по незначительно изнашивающихся деталей машин, кроме того, для шестерен очень большого диаметра со среднимдавлением на зуб.

Детали из обычных углеродистых сталей небольших размеров или с тонкими поперечными сечениями для пламенной закалки непригодны, так как здесь имеется опасность сквозной закалки. Эти ограничения, которые мешают более широкому применению пламенной поверхностной закалки, дали повод для разработки особой марки стали для пламенной поверхностной закалки — стали с ограниченной прокаливаемостью. R настоящее время такая сталь получена. Она имеет повышенное содержание углерода (С = 0,75—0,9%) при незначительном содержании марганца (Мn- 0,2—0,3%) и кремния (Si = 0,1—0,2%). Эта сталь, известная в Германии под маркой RBH, благодаря высокому содержанию углерода закаливается при особенно низких температурах (750—780°) и имеет прокаливаемоетъ, не превышающую 2,0 мм. Уменьшению прокаливаемое™ способствует незначительное содержание нормальных примесей в этой стали и низкая температура ее закалки. Применение этой ограниченно закаливаемой стали, по сообщению Н. Грёнегресеа [2, 5], дало возможность в Германии применять пламенную закалку деталей таких форм и размеров, которые раньше вследствие их небольших поперечных сечений могли обрабатываться только индукционной закалкой или цементацией. Использование этой стали позволило, например, впервые применить пламенную поверхностную закалку валов швейных машин всех видов диаметром менее 20 мм, деталей холодильников, а также внутреннюю закалку небольших отверстий.

Для деталей машин, работающих под большими нагрузками, требуются стали с высокой прочностью па разрыв и большой ударной вязкостью. Удовлетворительные результаты в этом случае дают только специальные стали, получаемые введением в обычные стали соответствующих легирующих элементов. Наиболее употребительными легирующими элементами являются хром, марганец и молибден. Они значительно увеличивают способностьстали к закалке на большую глубину. Если в простых углеродистых сталях максимальная глубина закалки составляет примерно 4 мм, то в легированных сталях она доходит до 20—30 мм. Твердость легированных сталей после поверхностной закалки в основном зависит также от содержания углерода и лишь в небольшой степени — от содержания легирующих элементов.

Марганцовистые и кремнемарганцовистые стали применяются для деталей с большими поперечными сечениями, которые должны подвергаться улучшению с целью получения большей прочности сердцевины. сталь 35СГ может быть пригодной для шестерен малого модуля, подвергаемых газопламенной закалке способом быстрого вращения.

Хромистые, хромомарганцевые и хромомолибденовые стали применяются для высоконагружениых деталей, работающих при вибрационных и ударных нагрузках.