Разработка технологического процесса термической обработки детали из стали марки 18ХГТ

Химический состав 18ХГТ

Массовая доля элементов стали 18ХГТ по ГОСТ 4543-2016

Химический состав может быть изменён по договорённости с поставщиком: содержание кальция не должно превышать 0,003, также, как и содержание алюминия для цементируемых сталей не должно быть ниже 0,02. Эм = 0,3Cr + 0,5Ni + 0,7Cu.

Массовая доля элементов стали 18ХГТ по ТУ 302.02.038-89

Основные свойства

На основные характеристики стали 18ХГТ присутствие таких элементов, как хром. Он является дешевым легирующим элементом. В соединении с углеродом химический элемент придает марке данного сплава прочность и устойчивость материала. При этом наблюдается незначительное понижение вязкости. А также хром положительно влияет на критическую скорость термообработки стали 18ХГТ.

Присутствие марганца положительно влияет на ковкость и дает хорошую свариваемость металлу. Этот компонент не образует карбида. Он растворяется и превращается в легированный цементит. Присутствие большого количества марганца делает ее хрупкой при закалке.

Присутствие кремния в этом типе сплава придает ей прочность. Благодаря этому элементу также не теряется пластичность. Другой элемент – титан. При соединении с углеродом компонент образует высокотвердые изделия. Детали, в которых присутствует титан, способны сопротивляться смятию.

Свариваемость 18ХГТ не имеет ограничений. Металл хорошо соединяется с любыми сплавами.

Способы сварки:

• Контактная точечная сварка.
• Ручная дуговая сварка.

Свариваются детали без подогрева и термообработки в последующем. Только с деталями, обработанными химико-термически, возможны проблемы во время сварки.

Конструкционная легированная сталь не подвержена различным внутренним дефектам. Во время проверки на излом или разрыв сплав данной марки показывает отличные результаты. Изделия из нее также не склонны к хрупкости во время отпуска детали и проверки на излом.

К физическим свойствам относится отличная износостойкость, вязкость. Из этой марки изготавливаются детали, которые могут работать под длительными и высокими вибрационными и динамическими нагрузками.

Температура среды, в которой допустима работа деталей из конструкционного сплава, может колебаться от минус семидесяти градусов по Цельсию до четырех сот пятидесяти со знаком плюс.

Механические свойства 18ХГТ таковы, что пятимиллиметровое изделие выдерживает давление до 1520 Мпа, если материал прошел термообработку при 850 градусах по Цельсию с отпуском в двести градусов. Двадцатимиллиметровые детали из нее выдерживают давление до 950 Мпа при той же закалке и отпуске. Для охлаждения используется масло вместо воды. Оно замедляет процесс, так как от скорости охлаждения зависит результативность закалки.

Твердость изделия из этого металла после отжига равна 217 HB. При повышении температуры до 500 градусов твердость стали 18ХГТ повышается. ГОСТ данного материала 4543-71.

Лучшие свойства стали и ее недостатки

Как и любые материалы, сталь 95х18 для ножей имеет свои плюсы и неизбежные минусы.

Состав сплава придает готовым изделиям уникальные свойства; клинки, изготовленные из стали 95Х18, обладают:

• высоким уровнем износостойкости;
• повышенной прочностью;
• твердостью;
• нейтральной реакцией к агрессивным средам, что повышает устойчивость к коррозийным процессам.

Ножом, изготовленным из 95Х18, можно смело нарезать и обрабатывать любые продукты: сталь не вступает в реакцию с кислыми средами, не ржавеет от воздействия воды или соли, не деформируется, не теряет своего привлекательного вида.

Значительным плюсом стали 95Х18 для изготовления ножей высокого качества является небольшая стоимость готовых изделий. Специалисты отмечают еще и простоту заточки ножей, выполненных из стали этой марки. Любители охоты, рыбалки и дальних пеших путешествий тоже довольны этим свойством. Тем более что нож из этой стали можно заточить, даже используя простой булыжник. На природе, это великая удача.

В домашних условиях для заточки и правки лучше использовать брусок с алмазным напылением с уровнем зернистости 100/80 и 50/40.

Прочность и высокая износостойкость продляют срок службы изделия, позволяют долго пользоваться ножом, который продолжительное время остается острым.

Повышению твердости металла, на которую в быту нечасто обращают внимание, способствует использование новых технологий и качественное проведение термообработки.

Как повышают прочность

Для улучшения показателя твердости применяют особую технологию термообработки. Она проводится в несколько этапов.

Сначала проводят заготовку отливок и их обжиг при температуре от 890 до 920 градусов. Процесс длится около двух часов.

Готовые отливки отправляют на ковку, где превращают в полосы необходимых размеров. Их толщина устанавливается с учетом механической обработки металла при заточке.

Следующим этапом является закалка: сначала – при высоких температурах в печи, а затем в емкостях с машинным маслом.

Прошедшие закалку плиты повторно нагревают и выдерживают при 140-280 градусах в течение часа.

Это процедура позволяет устранить излишнюю хрупкость, за счет заполнения пустот в молекулярной сетке металла. Сам материал приобретает твердость необходимого уровня. Этот показатель рассчитываются по шкале Роквелла и составляет 57–59 Hrc. Впрочем, эти данные понятны только специалистам, а обычные пользователи режущего инструмента просто отметят его высокое качество.

На последнем этапе производится обработка режущей кромки. Сначала металлической ленте придают нужную форму, предварительно выделив кромочную границу, а затем затачивают, придавая нужную степень остроты.

Стоит заметить, что закаленная сталь становится достаточно твердой, поэтому первоначальная заточка – достаточно трудоемкий процесс.

Без недостатков не обошлось

После «хвалебной песни» преимуществам стали для ножей 95Х18, стоит обратить внимание на недостатки, которых, к счастью, совсем немного – всего два. Причем один из них связан с технологией обработки сплава и его химического состава.

Повышенное содержание хрома делает металл очень чувствительным к показателям температуры, поэтому требует строгого ее соблюдения при обработке. При значительном превышении температурной нормы сплав приобретет повышенную хрупкость, что исключит возможность его дальнейшей обработки.

В быту хрупкие ножи из стали 95Х18 попадаются очень редко, но именно здесь может проявиться второй недостаток металла. Даже высококачественный стальной нож не стоит часто использовать для больших поперечных нагрузок на излом, если толщина обуха меньше 4 мм – он может переломиться.

Цементация стальных изделий

Стали, подвергаемые цементации, можно разделить на три группы по химическому составу:

Конструкционные стали, нелегированные или низколегированные: 15, 18, 20, 20Х, 20ХФ, 20ХМ, 18ХГ, 20ХН. Эти стали имеют низкую стоимость, но их невозможно закалить обычным способом из-за недостаточного содержания углерода, поэтому насыщение поверхности – простой способ увеличения их прочности.

Стали, легированные титаном 18ХГТ, 25ХГТ, 30ХГТ, 20ХНТ, 20ХГНТР. В них образуется особо прочное соединение – карбид титана.

Высоколегированные конструкционные стали: 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА, 18Х2Н4МА. Из них изготавливают наиболее прочные и ответственные детали.

Разработка технологии цементации зависит от группы, к которой относится сталь. Чтобы получить высокую твердость поверхности, от 58 HRC и выше, обработанную деталь подвергают закалке с последующим низким отпуском. Таким образом, сердцевина детали остается «мягкой» и вязкой, с твердость 35-40 HRC при высокой твердости поверхности. Благодаря этому обработанная деталь может использоваться при изгибающих нагрузках, которые опасны для хрупких изделий.

Химический состав

Конечная характеристика стали ПГК, как и любой другой, полностью зависит от химического состава, напрямую влияющего на свойства сплава. Он состоит из следующих элементов:

1. Углерод – 1,15%. Это один из важнейших элементов в любом сплаве, так его процент напрямую влияет на основную характеристику – твёрдость и прочность.
2. Хром – 8,5%. Улучшает закаливаемость металла и увеличивает его устойчивость к воздействиям коррозии, а также увеличивает срок эксплуатации.
3. Молибден – 1,5%. Этот элемент из разряда тугоплавких, благодаря ему сталь становится менее ломкой и хрупкой, но при этом жёсткой. Он повышает стойкость к перепадам температур.
4. Ванадий – 1,95%.Очень твёрдый компонент, отвечающий за гибкость и упругость. К тому же в сочетании с хромом он улучшает его эффект, придавая металлу возможность противостоять агрессивной химической среде.
5. Марганец – 0,4%. Так же как и углерод, несколько увеличивает прочность сплава. К примеру, он в большом содержании имеется в рельсах, сейфах.
6. Кремний – 0,9%. Увеличивает стабильность и однородность состава, износостойкость.
7. Вольфрам – 1,55%. Считается одним из самых тугоплавких металлов: температура плавления 3380 градусов Цельсия. Он активно используется везде, где необходима большая прочность, в том числе для производства легирующих быстрорежущих сталей.