![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Цементация
Цементация — диффузионное насыщение поверхностного слоя детали углеродом. После цементации выполняют термическую обработку — закалку и низкий отпуск. Цементации подвергают детали, работающие на истирание, испытывающие при работе вибрацию и удары. Такие детали должны иметь твердую закаленную поверхность, хорошо сопротивляющуюся истиранию, и вязкую сердцевину, способную выдерживать динамические нагрузки. Если подобные детали изготовить из стали с высоким содержанием углерода, то после термической обработки поверхность их будет твердой и износоустойчивой, а сердцевина — твердой и хрупкой. В результате ударных нагрузок такие детали могут разрушиться. Детали из малоуглеродистой стали будут мягкими и вязкими, выдержат вибрацию и удары, но зато быстро износятся при истирании. Оптимальные свойства достигаются в том случае, если детали изготовляются из малоуглеродистой стали, а затем подвергают цементации с последующей закалкой. На поверхности цементированной стали образуется заэвтектоидная зона (перлит и сетка цементита), далее располагается эвтектоидная зона (перлит) и при переходе к сердцевине — переходная зона (феррит и перлит). За толщину цементированного слоя принимают сумму толщин заэвтектоидной, эвтектоидной и половины переходной зон (рисунок 9.5). С повышением температуры и времени выдержки толщина цементированного слоя увеличивается, глубина его достигает 0, 5— 2 мм. На каждые 0, 1 мм толщины слоя требуется выдержка около 1 ч.
I — заэвтектоидная; II — эвтектоидная; III — доэвтектоидная; IV — глубина цементированного слоя
Рисунок 9.5 – Микроструктура цементированной стали по зонам
К недостаткам твердой цементации следует отнести большую трудоемкость и продолжительность процесса, сложность регулирования толщины цементированного слоя и содержания углерода в нем, загрязнение воздуха угольной пылью. Цементацию в твердом карбюризаторе применяют в мелкосерийном и единичном производствах. При массовом и крупносерийном производствах применяется газовая цементация в специальных герметически закрытых печах. По сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе газовая цементация дает возможность повысить скорость процесса, увеличить пропускную способность оборудования и производительность труда, улучшить условия работы, осуществить автоматизацию и регулирование процесса насыщения металла углеродом. В ходе газовой цементации атомарный углерод образуется при разложении углеводородов и окиси углерода. Основным углеводородом является метан СН4, разложение которого идет по реакции: СН4→ 2Н2 + Сат. Окись углерода диссоциирует по формуле 2СО ↔ СО2 + Сат. Заданную концентрацию углерода в поверхностном слое получают путем автоматического регулирования состава газа (применяют газ-разбавитель, например эндогаз). Обычно для цементации используют смесь природного газа с эндогазом, что повышает активность газовой среды, характеризуемой углеродным потенциалом (под углеродным потенциалом атмосферы понимают ее науглероживающую способность, обеспечивающую определенную концентрацию углерода на поверхности цементированного слоя). Для цементирования слоя глубиной 1 мм при газовой цементации требуется 3-4 ч (при цементации в твердом карбюризаторе — 10 ч).
Защита участков поверхности от цементации и нитроцементации производится путем гальванического меднения, забивкой отверстий и внутренних полостей смесью шамотного или кварцевого песка с порошком окалины. Наиболее трудоемким и сложным является способ гальванического меднения. В последние годы довольно успешно применяют антицементационную пасту АЗЛК. После цементации детали подвергают термической обработке для обеспечения высокой твердости поверхности, исправления структуры перегрева и устранения карбидной сетки в цементированном слое. Закалку производят при 780-850 °С с последующим отпуском при 150—200 °С. При этом происходит измельчение зерна цементированного слоя и частично зерна сердцевины. После цементации в твердом карбюризаторе в целях получения мелкозернистой структуры поверхностного слоя и сердцевины выполняют двойную закалку (рис. 10.6). В процессе первой закалки деталь нагревают выше температуры точки Ac3 на 30-50 °С, в результате чего измельчается структура сердцевины и устраняется цементитная сетка в поверхностном слое. При второй закалке деталь нагревают выше температуры точкиАс1 на 30-50 °С, вследствие чего измельчается структура цементованного слоя, обеспечивается высокая твердость. Двойная закалка способствует повышению механических свойств деталей, но увеличивает их коробление, окисление и обезуглероживание. Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 150-200 °С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердости стали.
I — цементация; II — двойная закалка; III — низкий отпуск
Рисунок 9.6 – Термическая обработка деталей ответственного назначения после цементации
После двойной закалки поверхностный слой имеет структуру мартенсита с равномерно распределенными карбидами и небольшим количеством остаточного аустенита. Двойную закалку применяют для тяжелонагруженных деталей машин, от которых требуются высокая твердость, прочность и ударная вязкость. При газовой цементации детали из мелкозернистой стали подвергают закалке сразу из цементационной печи с предварительным подстуживанием до 840-860 °С (рисунок 10.7), а затем отпуску. Подстуживание позволяет уменьшить коробление и количество остаточного аустенита, за счет чего повышается поверхностная твердость. Такой способ закалки исключает возможность окисления и обезуглероживания поверхностных слоев, уменьшает коробление, создает предпосылки для механизации и автоматизации процессов цементации, закалки и отпуска, снижает стоимость термообработки.
а — после охлаждения от цементационной температуры до комнатной; б — с подстуживанием; I — цементация; II — закалка; III — отпуск; IV — подстуживание
Рисунок 9.7 – Схема закалки стали после цементации Для уменьшения количества остаточного аустенита в цементированном слое высоко- и среднелегированных сталей после закалки рекомендуется их обработка холодом (чаще проводят высокий отпуск при 600-640 °С). В целях уменьшения коробления цементированные детали (например, зубчатые колеса) следует закаливать в горячем масле при 160-180 °С либо в штампах. В случае нарушения технологии цементации возможно появление брака — при чрезмерной глубине цементированного слоя, наличии мягких пятен на поверхности, возникновении цементированного слоя на защищенных поверхностях. При недостаточной глубине цементированного слоя, его неравномерности, пониженном количестве углерода в слое или резком перепаде его концентрации проводят повторную цементацию. Повторная закалка цементированных деталей необходима при низкой твердости поверхности, большом количестве остаточного аустенита, феррита или троостомартенсита в их сердцевине.
|