Цементуемые стали марки: свойства, применение и выбор для деталей

[locolizator]

Цементуемые стали — это материалы с низким содержанием углерода, которые после специальной обработки получают твердый поверхностный слой и вязкую сердцевину. Они идеальны для деталей, работающих на износ при ударных нагрузках, таких как шестерни или валы.

Знание марок помогает выбрать сталь под конкретные задачи: от простых изделий до тяжелонагруженных конструкций. Это снижает риски поломок и упрощает производство. В статье разберем популярные марки, их свойства и области применения.

Основные марки цементуемых сталей

Цементуемые стали легируют элементами вроде хрома, никеля и марганца, чтобы повысить прочность и прокаливаемость. Углерод в них держат на уровне 0,1–0,25%, что обеспечивает хорошую вязкость сердцевины после закалки. Такие стали подвергают цементации — процессу науглерожания поверхности для твердости HRC 58–62.

Например, хромистые стали вроде 15Х и 20Х подходят для небольших деталей простой формы. Они цементуются на глубину 1–1,5 мм и дают высокую прочность слоя при меньшей пластичности сердцевины. Более сложные легирования, как в 18ХГТ, добавляют титан для измельчения зерна и повышения вязкости.

• 15Х и 20Х: для мелких изделий, вроде кулачков, с хорошей износостойкостью.
• 18ХГТ: хромомарганцевая с титаном, применяется в валах до 60 мм.
• 12ХН3А: хромоникелевая для средних деталей под высокие нагрузки.

Свойства и термообработка

Ключевые свойства цементуемых сталей — это сочетание твердой поверхности и пластичной сердцевины. Хром увеличивает прокаливаемость до 50 мм, а никель — до 150 мм, что важно для крупных заготовок. После цементации закалка идет в масле, чтобы снизить коробление и повысить твердость.

Реальные примеры: сталь 20ХН после обработки выдерживает высокие удельные нагрузки в шестернях тракторов. Ванадий в 15ХФ предотвращает перегрев и улучшает вязкость. Для автомобильной промышленности часто берут 25ХГТ — она сваривается без проблем и имеет прочную сердцевину.

Марка	Прокаливаемость, мм	Твердость слоя, HRC	Применение
15Х	До 35	58–62	Кулачки, втулки
18ХГТ	15–20	60–64	Валы, шестерни
12ХН3А	До 100	59–63	Тяжелые детали

Важно: скорость охлаждения влияет на твердость — масло лучше воды для сложных форм.

Применение в отраслях

Цементуемые стали широко используют в машиностроении, где нужны детали с высоким ресурсом. В станкостроении 30ХГТ идет на червячные валы, а 20Х2Н4А — на крупные конструкции в энергетике. Легирование молибденом, как в 40ХН2МА, обеспечивает прокаливаемость до 50 мм для коленвалов.

В нефтегазе и химпроме такие стали ценят за стойкость к нагрузкам: 20ХГНР для насосов, 18Х2Н4ВА для массивных частей. Они экономят на ремонтах, минимизируя деформации. Выбор марки зависит от сечения детали — для мелких хватит низколегированных, для больших — высоколегированных.

• Авто и тракторы: 18ХГТ, 25ХГТ — шестерни, валы.
• Станки: 20Х, 12ХН2 — высоконагруженные элементы.
• Энергетика: 20ХН3А, 40ХН2МА — для турбин и механизмов.

Выбор марки под задачу

Подбирая цементуемую сталь, смотрим на размер детали, нагрузки и условия работы. Низколегированные 15Г или 20ХМ берут для сечения до 35 мм, они дешевы и легко обрабатываются. Для 50–75 мм подойдут 20ХГР или 20ХНМ с повышенной прочностью.

Комплексное легирование Cr, Mn, Ni дает баланс свойств: упрочняет твердый раствор и растит глубину слоя. Титан и ванадий измельчают зерно, снижая хрупкость. Таблица ниже сравнит популярные варианты по ключевым параметрам.

Параметр	Низколегированные (15Х)	Среднелегированные (18ХГТ)	Высоколегированные (12ХН3А)
Сечение, мм	До 35	15–60	До 120
Прочность	Средняя	Высокая	Очень высокая
Стоимость	Низкая	Средняя	Высокая

Эта подборка помогает быстро сориентироваться и избежать ошибок в проекте.

Перспективы развития цементуемых сталей

Современные цементуемые стали эволюционируют: добавляют бор и молибден для лучшей прокаливаемости без роста зерна. Осталось место для оптимизации под экстремальные условия, вроде высоких температур в энергетике.

Дальше стоит изучить нитроцементацию — комбо с азотом для еще большей износостойкости. Или комбинации с новыми сплавами для нефтегаза, где нагрузки сочетаются с коррозией.