Свойства строительных материалов, чугуна и стали
Контрольная работа - Разное
Другие контрольные работы по предмету Разное
30.1 представлена схема установки для цементации, непосредственной закалки, низкого отпуска и охлаждения.
Рис. 30. 1. Схема установки для цементации.
Процесс цементации совершается в три стадии:
.Образование атомарного углерода;
.Абсорбция углерода на поверхности стали;
.Диффузия углерода в глубь металла и растворение в аустените (растворимость углерода в аустените - 2,14%).
Процесс протекает нормально, если в объёме рабочей камеры почти сохраняется однородный состав газа и постоянство температуры.
Химизм процесса насыщения углеродом заключается в том, что при определенной температуре происходит диссоциация - распад молекул газов, содержащих углерод, и образование активных атомов этих газов, диффундирующих с поверхности в глубь металла. Реакции протекают следующим образом:
2СО СО2 + С;
СН4 ? С + 2Н2;
CnH2n ? nC + nH2.
Наибольшая прочность цементованного слоя получается при содержании в поверхностных слоях его углерода от 0,8 до 0,85%. Слой после закалки не содержит крупных включений карбидов и цементитной сетки и содержание в нём остаточного аустенита минимально. Карбидная сетка и грубые включения карбидов образуются при замедленной диффузии углерода, практически установлено, что чем выше содержание углерода в стали в исходном состоянии, тем меньше должна быть глубина слоя. При возрастании прочности сердцевины деталей в рабочих местах, подвергающихся цементации, возрастает сопротивление продавливания слоя. Окончательно глубина слоя устанавливается при массовом производстве эмпирически. разрушение слоя при продавливании вызывает выщербление металла и образование осповидного износа - питтинга.
Процесс газовой цементации производится в каменных или методических муфельных и безмуфельных печах, а также в шахтных печах. Наиболее целесообразно вести процесс в безмуфельных проходных печах любого размера рабочей камеры по длине, но однорядных, т. к. при двух и тем более трёх рядах поддонов нельзя обеспечить однородность качества по насыщению углеродом и азотом.
Температура в рабочей камере печи должна быть в пределах 900 - 930 в течение времени, необходимого для получения заданного по глубине слоя. Обычно для получения слоя глубиной около 1 мм требуется 8 - 10 часов при массе детали около 1 - 2 кг. науглероживание происходит с момента образования аустенита, т. е. при температуре несколько выше 727. Скорость науглероживания в первую очередь зависит от температуры. разница, например, в 100 уже вызывает увеличение скорости науглероживания примерно на 40%.
После цементации детали перед закалкой рекомендуется подстуживать до 800 - 820, т. е. выше на 50 градусов температуры Ас3 (см. диаграмму в приложении), с целью снижения заключенных напряжений, которые могут вызвать излишнюю деформацию.
Существует процесс высокотемпературной цементации при 1000 и выше. Применение его вызвано стремлением интенсифицировать процесс и повысить его экономический эффект. Для этого процесса необходимы специальные печи, выложенные максимально стойким огнеупорным кирпичом, а также изготовление деталей и конструкций из специальных сталей, не склонных к росту зёрен при высокой температуре процесса. Рекомендуется использовать для этих целей стали, легированные церием и цирконием (например, сталь 30ХГТЦ или 30ХГЦЦ) зерно аустенита таких сталей не должно быть меньше 7 - 8-го балла стандартной шкалы.
Цементованные детали подвергают закалке в воде, масле или расплавленных солях. В зависимости от этого получается та или иная твёрдость поверхностных слоёв и сердцевины в рабочем участке конструкции оптимальной структурой цементованного и закалённого слоя является мелкодисперсный мартенсит, но неизбежно в структуре имеется остаточный аустенит и карбиды. Температура и состав закалочной смеси в сильной мере влияют на образование структуры при одной и той же степени насыщения углеродом. Выбор охлаждающей среды должен зависеть не только от желания иметь ту или иную твёрдость, но и получить не менее важное качество цементованного слоя - минимальную деформацию детали или конструкции. При ступенчатой закалке в масле (особенно в горячем масле) степень деформации получается минимальной, но твёрдость может быть недостаточной. Для получения комплексного эффекта в этом случае необходимо энергичное и постоянное перемешивание масла в закалочном баке.
В зависимости от структуры стали после закалки поверхностная твёрдость в пределах НRC 56 - 63. Чем больше в структуре остаточного аустенита, тем ниже твёрдость, но это не характеризует ещё недостаточной износостойкости поверхностного слоя. Практически в поверхностных слоях на глубине до 0,2 мм допускается не более 25% остаточного аустенита, если деталь не испытывает в эксплуатации сосредоточенных нагрузок, в противном случае количество остаточного аустенита должно быть максимально снижено. Структура сердцевины должна состоять из сорбита или троостосорбита. Твёрдость должна быть в пределах НRC 35 - 45. Поэтому в различных местах одной и той же конструкции твёрдость сердцевины будет различной. Необходимо обеспечить отсутствие феррита в сердцевине рабочих сечений детали после закалки во избежание поломок от усталости.
После закалки цементованные детали подвергают отпуску при температуре 180 - 200 с выдержкой не менее 1 часа. Твёрдость после отпуска снижается на 1 - 2 единицы НRC.
Если при эксплуатации деталь или конструкция не подвергается ударным нагрузкам, целесообразно не подвер