Цементуемые стали должны отвечать следующим основным тре­бованиям.
1. Обеспечивать в изделиях после их термической обработки необходимый комплекс механических свойств сердцевины.
2. Зерно аустенита как сердцевины, так и цементованного слоя при выбранных температурах цементации не должно быть склонно к росту.
3. Обладать хорошей диффузионной способностью и при этом не быть склонными к перенасыщению поверхностного слоя карбидами.
4. Обеспечивать высокую поверхностную твердость цементо­ванного и закаленного слоя (в большинстве случаев >57 НRС, а в особых случаях > 60 НRС).
5. Характеризоваться достаточно высокой контактной уста­лостной прочностью поверхностного слоя, обеспечивающей дли­тельную и надежную работу деталей при отсутствии оспообразного выкрашивания (питтингов) на их трущихся поверхностях.
6. По положению своих критических точек они должны позво­лять производить закалку от возможно более низких температур, а в отдельных случаях — непосредственно после цементации, минуя в этом случае операцию повторного нагрева.
7. Не содержать в структуре цементованного и закаленного слоя остаточного аустенита, снижающего величину его контактной выносливости.
8. Не быть чрезмерно чувствительными к условиям предвари­тельной и последующей механической обработки, легко обрабаты­ваться на станках, не ломаться при правке, не давать шлифовочных трещин.
9. Быть экономичными по своему составу, не содержать дорогих и дефицитных элементов.
Выполнение всех этих требований обеспечивает надежную и, долговечную службу изделий в различных условиях эксплуатации. Само собой разумеется, что одновременно удовлетворить всем этим условиям, во многом весьма противоречивым, более чем трудно, особенно, если учесть разнообразие требований, предъявляемых к различным деталям, изготовляемым из одной и той же стали.
Приведем примеры таких противоречивых требований.
1. Требование чрезвычайно высокой поверхностной твердости цемен­тованного слоя (> 60 НRС) как правило плохо «уживается» с требованием отсутствия склонности стали к шлифовочным трещинам.
2. Требование возможности закалки от минимальных температур нагрева, относительно легко реализуемое при использовании сталей, высоколегированных никелем (3—4,5%), становится трудно выполнимым при работе с малоникелевыми или безникелевыми сталями. Вместе с тем
никель содержащие стали (3 - 4,5% Ni ) весьма склонны к сохранению в структуре цементованного и закаленного слоя остаточного аустенита,
3. Требование высокой прочности сердцевины при одновременно высокой твердости поверхностного слоя часто вступает в противоречия с требованием отсутствия хрупкости изделия в целом. Опасность хруп­кого разрушения заметно возрастает, если первая часть этой задачи
решается путем повышения содержания углерода в исходной стали.
4. Требование обеспечения высокой износостойкости цементованного слоя, особенно работающего в условиях абразивного изнашивания, согласно работам М. М. Хрущева [44], а также автора [18], казалось бы (фиг. 83), приводит к необходимости максимального насыщения
поверхностных зон цементированного слоя специальными карбидами. Однако это не только затруднило бы процесс закалки (вследствие сти­мулирования аустенитно-трооститной реакции), но и резко охрупчило бы цементованный слой. Все эти примеры показывают сложность и, пожалуй, невозможность одновременного и полного удовлетворения всего комплекса изложенных выше требований только средствами металловеде­ния на современном его уровне. Вместе с тем несомненно и то, что эта задача значительно облегчается с развитием автоматизации и механиза­ции как отдельных элементов процесса цементации (например, с внед­рением принудительного регулирования содержания углерода в поверх­ностном слое) и закалки (применением изотермической закалки, закалки в штампах и пр.), так и совершенствованием технологиии последующей механической обработки. В этой обстановке непременным условием успешного выбора и назначения той или иной марки цементуемой стали является тесная связь конструктора и металловеда, тщательный учет условий работы изделий, трезвый подход к определению важнейших требований к стали, предопределяющих долговечную работу соответствующих деталей, при одновременном обеспечении ее экономичности и технологичности.
Кроме приведенных примеров противоречивости самих требований, предъявляемых к свойствам цементуемой стали, следует также отметить существенные различия в методах их достижения. К числу спорных относятся, например, такие вопросы, как пределы оптимального содержания углерода в стали и в цементованном слое, целесообразность применения двойной обработки (двойной закалки или нормализации и закалки), допустимость применения закалки непосредственно с цементационного нагрева и пр. Не имея возмож­ности подробно осветить все эти вопросы, остановимся вкратце только на важнейших из них.