![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Механизм образования, строение и свойства цементованного слоя
Формирование слоя Процесс формирования состоит из следующих физических явлений- · адсорбция атомарного углерода на поверхности цементуемой детали · диффузия углерода вглубь поверхности металла Цементация осуществляется при температурах 930 -950 град С. При этом сталь находится в аустенитном состоянии (хотя скорость диффузии углерода в ά - железе выше, но растворимость - ниже чем в γ железе). Предельная растворимость углерода в аустените зависит от температуры и определяется линией SE Рис 4 Образование цементованного слоя: (а- изотерма, б - кинетика) На рис 4а видно, что при температуре 950 град С максимальная концентрация углерода в аустените равна 1, 4% С. Однако, практически используется область меньших концентраций (заштрихована на Рис 4а). На Рис 4б показано, как нарастает концентрация углерода в поверхностном слое со временем. Время, необходимое для создания цементованного слоя требуемой толщины определяется скоростью диффузии углерода Углерод, как известно, образует в железе раствор внедрения и диффундирует по межеузлиям кристаллической решетки железа. Приблизительно толщину слоя цементации можно оценить по формуле:
X = √ 2Dτ Где: X- толщина слоя D – коэффициент диффузии τ -время процесса Скорость диффузии углерода в аустените возрастает с температурой и зависит от характера легирующих элементов: n карбидообразующие - замедляют диффузию n некарбидообразующие- ускоряют диффузию При большой длительности процесса возможно образование свободного цементита на поверхности металла (время t4 на Рис 4б)) При медленном охлаждении цементованного слоя его строение соответствует диаграмме состояния железо- углерод - происходит от поверхности в глубину последовательная смена следующих структур: 1 заэвтектическая структура- перлит и вторичный цементит в виде сетки 2 эвтектическая структура - пластинчатый перлит 3 доэвтектическая структура- феррит и перлит
Рис 5 Изменение микроструктуры, содержания углерода и твердости в цементованном слое от поверхности в глубину
В случае легирования стали карбидообразующими элементами возникает аустенито - карбидная смесь (например, появляется карбид (FeCr)3С - при легировании хромом) Характеристиками распределения углерода в цементованном слоя являются: · концентрация углерода на поверхности · падение содержания углерода на расстоянии равном 1/3 от эффективной толщины слоя DС1 · наличие обезуглероженного слоя
Рис 6 Характеристики распределения углерода в цементованном слое: а - для науглероженных деталей б – для науглероженных и закаленных деталей
На Рис 6а Глубина проникновения углерода – это общая толщина цементованного слоя. Однако чаще используют понятие эффективной толщины Эффективная толщина слоя-, расстояние от поверхности до зоны внутри слоя, где достигается заданное значение базового параметра. Например, как показано на Рис 6б, за базовый параметр принимается значение твердости 500HV, (соответствующее содержанию углерода 0, 3 – 0, 4%). В этом случае Глубина цементации на Рис 6бявляется эффективной толщиной. За базовый параметр может быть принята определенная определенная структура В большинстве случает для обеспечения максимальной конструктивной прочности задают следующие значения параметров: · Поверхностная концентрация Спов чаще всего задается в пределах 0, 7 – 0, 9% С. Для повышения контактной прочности- увеличивают до 1, 1%С · Градиент концентрации углерода у поверхности не должен быть резким - для возможности последующего шлифования слоя. Обезуглероживание не допускается. Чтобы получить нужное распределение углерода нужно тщательно выдерживать режим цементации Напряжения в поверхностном слое играют очень большую роль в конструктивной прочности детали При закалке после цементации в поверхностном слое образуется мартенсит, обладающий бớ льшим удельным объемом, чем перлитные структуры сердцевины. Поэтому в поверхностном слое возникают напряжения сжатия, благоприятно влияющие на прочность и выносливость деталей. В подповерхностном слое возникают уравновешивающие напряжения растяжения, которые следует так же учитывать
Рис 7 Остаточные напряжения в детали из стали 20ХНМ после цементации, закалки и низкого отпуска (а) и после дополнительного наклепа поверхности дробью (б) Как видно из этого рисунка, на глубине примерно 2 мм напряжения сжатия переходят в напряжения растяжения. Точка этого перехода не должна лежать слишком близко к поверхности. Наклеп дробью (Рис 7б) иногда применяют для повышения усталостной прочности. При этом как видно из рисунка значительно возрастают напряжения сжатия в тонком поверхностном слое
|