|
| |
|
Главная Промышленность чти полностью из метана), контролируемые атмосферы, получаемые в специальных генераторах, а также жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), каплями подаваемые в герметичное рабочее пространство печи, где они образуют активную газовую среду. Основная ведущая реакция при наличии метана CH4-2H2-hC. В ряде случаев (эндотермическая контролируемая атмосфера) при наличии в газе СО возможна также реакция 2СО СО2 -h С. В зависимости от состава газовой смеси и содержания углерода в стали атмосфера в рабочем пространстве печи может быть науглероживающей, обезуглероживающей и нейтральной. Нейтральному составу газовой смеси соответствует определенная равновесная концентрация углерода на поверхности стальной детали. Эту концентрацию углерода принято называть углеродным потенциалом контролируемой атмосферы. Следовательно, науглероживание будет происходить в том случае, если концентрация углерода на поверхности стали будет меньше углеродного потенциала газовой смеси при данной температуре. Структура цементованного слоя. Типичная структура цементованного слоя на повфхности низкоуглеродистой стали после медленного охлаждения от температуры цементации показана на рис. 6.3. Обычно ее сопоставляют со схемами на рис. 6.4. Наружная часть слоя, содержащая больше 0,8% С, имеет структуру заэвтектовдных сталей-перлит и вторичный цементит, который при медленном охлаждении выделяется на границах аустенитных зерен в виде оболочек (на шлифе сетка). Средняя часть слоя, имеющая эвтектоидную концентрацию, состоит из перлита. Далее по направлению к сердцевине концентрация углерода уменьшается, структура соответствует доэвтектоидной ста- ли, причем количество перлита уменьшается при приближении к сердцевине. Принято различать полную и эффективную толщину цементованного слоя (см. рис. 6.4). За эффективную толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5-1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную повфхность. Структура после цементации получается крупнозернистой в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической вьщержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали. t°c 
Рис. 6.4. Участок диаграммы Fe-РезС. Изменение содержания углерода и структуры по толщине цементованного слоя (схема): Гц - температура цементации; «, -температура нагрева при первой закалке; «3 - температура нагрева при второй закалке ТАБЛИЦА 6.1. Зависимость средних скоростей газовой цементации ииз-коуглеродистых сталей от температуры и толщины слоя Толщина слоя, мм До 0,5 0,5-1 1-1,5 1,5-2 2-2,5 2,5-3 3-3,5 3,5-4 Средняя скорость (мм/ч) при температуре, °С 850 875 900 925 950 975 1000 0,35 0,16 0,06 0,04 0,15 0,07 0,45 0,15 0,12 0,07 0,04 0,55 0,15 0,13 0,06 0,75 0,55 0,25 0,18 0,16 0,12 0,85 0,55 0,38 0,32 0,28 0,21 0,18 0,96 0,75 0,55 0,35 0,27 0,25 Процесс газовой цементации идет быстрее, так как не приходится нагревать ящик с карбюризатором (табл. 6.1). Кроме того, процесс газовой цементации легко регулируется и автоматизируется. На заводах работают автоматизированные агрегаты для цементации, которые регулируют процесс по углеродному потенциалу. Термическая обработка после цементации. Для получения заданного комплекса механических свойств после цементации необходима дополнительная термическая обработка деталей. В зависимости от условий работы, а также от выбранной для изготовления детали стали режим упрочняющей термической обработки может быть различен. Для тяжелонагруженных трущихся деталей мащин, испытывающих в условиях работы динамическое нагружение, в результате термической обработки нужно получить не только высокую поверхностную твердость, но и высокую прочность (например, для зубчатых колес-высокую прочность на изгиб) и высокую ударную вязкость. Для обеспечения указанных свойств требуется получить мелкое зерно как на поверхности детали, так и в сердцевине. В таких ответственных случаях цементованные детали подвергают сложной термической обработке, состоящей из двух последо- вательно проводимых закалок и низкого отпуска. При первой закалке деталь нагревают до температуры на 30-50 °С вьше температуры Асз цементируемой стали. При таком нагреве во всем объеме детали установится аустенитное состояние (см. рис. 6.4). Нагрев до температур, лищь немного превьппающих Ас, вызывает перекристаллизацию сердцевины детали с образованием мелкого аустенитного зерна, что обеспечит мелкозернистость продуктов распада. При температуре как видно на рис. 6.4, весь диффузионный слой переходит в аустенитное состояние, поэтому, чтобы предотвратить выделение цементита, проводят закалку. При второй закалке деталь нагревают до температуры tjjj с превыщением на 30-50 °С температуры Ас (см. рис. 6.4). В процессе нагрева мартенсит, полученный в результате первой закалки, отпускается, что сопровождается образованием глобулярных карбидов, которые в определенном количестве сохраняются после неполной закалки в поверхностной заэвтектоидной части слоя, увеличивая его твердость. Вторая закалка обеспечивает также мелкое зерно в наугле-роженном слое. Окончательной операцией термической обработки является низкий отпуск при 160-200 °С, уменьшающий остаточные напряжения и не снижающий твердость стали (рис. 6.5).  Рис. 6.5. Режим термической обработки ответственных деталей машин после цементации (схема): / - цементация; И - двойная закалка; / - низкий отпуск После двойной закалки и низкого отпуска поверхностный слой приобретает структуру отпущенного мартенсита с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины детали зависит от легированности стали. Если для цементации выбрана углеродистая сталь, то из-за малой прокаливаемости в сердцевине получится сорбитная структура; если же цементировалась легированная сталь, то в зависимости от количества легирующих элементов сердцевина может приобрести структуру бейнита или низкоуглеродистого мартенсита. Во всех случаях из-за низкого содержания углерода будет обеспечена достаточно высокая ударная вязкость. Детали менее ответственного назначения после цементации подвергают более простой термической обработке, состоящей из одной закалки и низкого отпуска Если для цементации выбирают при-родно мелкозернистые стали и содержание углерода на поверхности близко к эвтектоидному, то и при одной закалке получают удовлетворительные свойства, как в сердцевине, так и в цементованном слое. Однократная закалка широко используется на заводах массового производства, где цементацию ведут в газовом карбюризаторе. Выгодно  Рис. б.б. Режим термической обработки при однократной закалке после цементации: /-цементация; -закалка; / -отпуск; IV- подстуживание и удобно в этом случае закалку проводить после цементационного нагрева (рис. 6.6). Цементованные детали подвергают шлифованию. Азотирование стали. Азотированием называют процесс диффузионного насыщения азотом поверхностной зоны деталей. Азотирование применяют для повышения износостойкости и предела выносливости деталей машин (коленчатые валы, гильзы цилиндров, червяки, валики и др.). До азотирования детали подвергают закалке и высокому отпуску (улучшению) и чистовой обработке. После азотирования детали шлифуют или полируют. Обычное азотирование проводят при температуре 500-6(Ю°С в муфелях или контейнерах, через которые пропускается диссоциирующий аммиак. Вероятно, что на стальной поверхности происходит реакция диссоциации аммиака с вьшелением ионов азота, которые адсорбируются поверхностью детали, а затем диффундируют вглубь. При нагреве аммиака в изолированном объеме возможна лишь реакция с образованием молекулярного азота 2NH3 -V N2 -Ь ЗН2, который не может диффундировать в сталь без ионизации. Формирование структуры азотированной зоны в углеродистых сталях происходит примерно так же, как при азотировании железа. Поэтому, пользуясь диаграммой Fe-N (рис. 6.7), можно предсказать структуру азотированной зоны низкоуглеродистых сталей. По мере насыщения железа азотом при температуре ниже 590 °С сначала образуется а-твердый раствор внедрения азота в железо, затем слой у-фазы с ГЦК решеткой и упорядоченным расположением атомов азота в центрах элементарных ячеек. Обычно процесс азотирования завершается образованием на повфхности слоя Е-фазы с ГПУ решеткой и упорядоченным расположением 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 [ 36 ] 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||
