Технология газовой цементации

___Главный металлург нашей компании “ТехноИнжениринг.РФ” пишет для повышения квалификации специалистов по термической обработке металлов: 
___Наличие в стали теплостойких карбидов, особенно карбидов титана и циркония, в значительной степени задерживает рост зерна. У стали 12Х2Н4А при температуре 1000°С зерно вырастает до 3—4 баллов, в то время, как у стали 18ХГТЦ такой размер зерна получается лишь при температуре 1300°С. Применение для цементуемых деталей стали с титаном и цирконием позволяет повышать температуру цементации до 1000°С и более.
___Исследования показали, что рост зерна в стали происходит скачкообразно по достижении критической температуры. Так, у стали 18ХГТ после нескольких часов выдержки при температуре 950°С размер зерна не меняется, он в среднем равен 850 мк2; повышение температуры до 1050°С вызывает рост зерна до 9500 мк2, а при температуре 1150°С — до 29 500 мк2. Выдержка при температуре 1050°С в течение 1,5 ч не увеличивает зерна этой стали. Все это очень важно для ведения цементации при повышенных температурах.
___Технология газовой цементации. Газовая цементация на наших отечественных заводах распространена так же широко, как и за рубежом. Для цементации применяются муфельные и безмуфельные проходные печи весьма разнообразной конструкции. Обязательным для всех печей является автоматическое регулирование температуры.
___Цементующая газовая смесь приготовляется в специальном смесителе, затем по вводам подается в печь. Если, углеродный потенциал атмосферы не регулируется на газогенераторах, то могут произойти чрезмерное обогащение газа углеродом и выпадение его в виде сажи и кокса на поверхности деталей и на нагревателях печи. Это нарушает процесс науглероживания (уменьшает диффузию углерода и делает ее неравномерной), портит детали и кладку печи, снижает теплоизлучение нагревательных элементов и удорожает стоимость очистки деталей после цементации и закалки. Количество выделяющейся сажи зависит от состава атмосферы. Газы, богатые непредельными углеводородами, склонны к выделению сажи; количество сажи увеличивается также при снижении скорости протекания газа в печи. Для предотвращения осаждения сажи газ в объеме печи должен меняться 3—5 раз в камерных печах и 2—3 раза в час — в тоннельных. Небольшой слой сажи на деталях полезно иметь, если детали после цементации медленно охлаждают для смягчения перед механической обработкой, — это предохраняет от обезуглероживания. Для удаления отложившейся сажи и кокса печи непрерывного действия надо периодически останавливать. Для этого при открытой загрузочной и разгрузочной дверках в рабочую камеру подается избыток воздуха, сажа и кокс сгорают. Для выжигания кокса на жароупорных деталях к ним подводят кислород через жароупорную трубку. После очистки печь должна находиться в течение 8—16 ч под цементующим газом без загрузки деталей. Температуру в цементационных печах контролируют при помощи хромель-алюмелевых термопар, которые располагаются как можно ближе к цементуемым деталям. В печах непрерывного действия термопары помещают: в первой зоне — в конце зоны, в средних зонах — по середине, а в зоне подстуживания — около дверки.
___Детали, подлежащие химико-термической обработке, имеют минимальный припуск на окончательную механическую обработку — шлифование или хонингование, поэтому при закалке допускается лишь минимальная деформация. Для предотвращения деформации детали после цементации, как правило, подвергаются сразу закалке в горячей среде, преимущественно в минеральном масле. Обычно на деформацию после термообработки дается не более 2/3 суммарного припуска, из припуска дается на неточность при механической обработке. Современная технология газовой цементации с закалкой, которая производится непосредственно после цементации (с подстуживанием) позволяет при правильном выборе стали уложиться в установленные припуски даже в таких сложных деталях, как, например, шестерни коробки скоростей модуля 3—4. У этих шестерен биение по делительной окружности допускается не более 0,08 мм и по профилю зуба — не более 0,025 мм.
___Степень деформации зависит от многих причин: расположения волокон в штамповке, качества механической обработки, способа закалки, конструкции детали, размера детали, размера природного зерна стали и от других причин. Весь этот комплекс факторов, влияющих на деформацию, должен учитываться при разработке технических условий обработки деталей. Немаловажное влияние на степень деформации оказывает также способ размещения деталей на поддоне перед цементацией. Детали должны располагаться так, чтобы газ равномерно их омывал, а при закалке — равномерно омывало масло. В рабочей камере печи всегда должно быть положительное давление газа. Отверстия в поддонах должны быть крупные, чтобы не затруднять циркуляции газа и жидкости. Наиболее целесообразно делать поддоны сварными, так как они значительно легче литых. Вес поддонов и приспособлений не должен превышать 10% веса загруженных деталей.
___Цементация в камерных и проходных печах происходит различно. В камерных печах можно достичь герметизации рабочего пространства, а в проходных – нет. Вследствие частого открывания загрузочных и разгрузочных дверок в проходные печи засасывается воздух, поэтому в них нельзя применять неразбавленные углеводородные газы и жидкости, так как они будут крекироваться в рабочей камере.
___Загрузка деталей для цементации производится в печь, нагретую до температуры не ниже 750°С и заполненную газовым карбюризатором. Цементация обычно производится в интервале температур 900—940°С, для некоторых марок стали — при температуре 975°С и выше. Детали, изготовленные из стали 12X2114А, 12ХНЗА и 18Х2Н4ВА, подвергаются цементации при температуре 900°С. Время цементации определяется глубиной заданного слоя. По окончании цементации детали перед закалкой подстуживают до температуры + 50°С, что уменьшает деформацию и окисление. В процессе цементации насыщение поверхности детали углеродом происходит неравномерно. При восьмичасовой выдержке, например, в первый час происходит поглощение примерно половины всего необходимого углерода, затем поглощается в течение 3 ч и остальное — в оставшиеся 4 ч.
___Ниже приводится скорость насыщения углеродом стальных деталей при температуре цементации 930°С с течением времени (вес загрузки 50 кг). Обычно поверхность цементованных деталей насыщают до содержания углерода 0,85—1,0%. Чрезмерное насыщение углеродом приводит к увеличению в структуре после закалки количества остаточного аустенита и, следовательно, к снижению твердости и прочности. Кроме того, при нормальном содержании углерода в цементованном слое закалка производится непосредственно после цементации, а при повышенном — требуется дополнительный нагрев. Это увеличивает коробление и обезуглероживание деталей и повышает производственные затраты.
___Степень науглероживания прежде всего зависит от температуры. Разница в 100°С (в интервале температур 875—975°С) уже увеличивает скорость науглероживания на 40%. Но повышение температуры неблагоприятно сказывается на службе кладки печей и жаростойких деталей; понижение же температуры приводит к значительному удлинению времени цементации. Распространению газовой цементации в муфельных печах способствовало освоение металлургическими отечественными заводами выплавки стали с заданным размером зерна. С этого времени стала возможной закалка деталей с подстуживанием непосредственно после цементации. Для проведения этой обработки спроектированы новые агрегаты. Автоматически регулируется температурный режим, механизированы загрузка деталей и перемещение их в печи. После цементации и закалки детали поступают в моечную машину для промывки, затем подвергаются низкотемпературному отпуску.
___При новой технологии не нужны два нагрева; качество обработки деталей при этом повысилось (уменьшилась деформация). Кроме того, в значительной степени снизились производственные затраты. Дальнейшее совершенствование печного оборудования привело к созданию безмуфельных цементационных печей, что удешевило Стоимость цементации, поскольку отпала необходимость в жаростойких муфелях. Однако процесс цементации продолжает оставаться длительным. Повышение температуры более 950°С ограничивается недостаточной жаростойкостью кирпичной кладки и жаростойких деталей печи. Современная установка, состоящая из безмуфельной газовой цементационной печи, закалочного бака, моечной машины и отпускной печи. Производительность этой установки — 300 кг деталей в час при науглероживании на глубину около 1 мм.
___ 
___________________________________________
Запись опубликована в рубрике 7. Термическая обработка металлов с метками . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *