Цементация и нитроцементация

___Главный металлург нашей компании “ТехноИнжениринг.РФ” пишет для повышения квалификации специалистов по термической обработке металлов: 
___Среди процессов химико-термической обработки исключительно важное значение имеют и широко применяются в машиностроительной промышленности цементация и нитроцементация.
___До тридцатых годов ХХ столетия превалировал процесс цементации в твердом (древесноугольном) карбюризаторе. С начала тридцатых годов его вытесняет газовая цементация, а в сороковых годах начинают применять, наряду с цементацией, нитроцементацию. За последние годы нитроцементация во многих случаях заменяет жидкостное цианирование.
___Цементации подвергаются детали машин, которые в процессе эксплуатации испытывают большие удельные нагрузки, изнашиваются от трения и подвергаются многократным циклическим нагрузкам. Износостойкость трущихся поверхностей в большой степени зависит от твердости и структуры. Оптимальное сочетание механических свойств и структуры обеспечивает цементация или нитроцементация деталей с последующей закалкой и низкотемпературным отпуском. В результате такой обработки получаются высокая твердость поверхности и достаточно прочная сердцевина.
___В настоящее время существует два способа цементации: жидкостный и газообразный. Газовая цементация может производиться с применением индукционного нагрева. Общим при всех разновидностях цементации является то, что насыщение поверхности стали углеродом происходит из газовой фазы, содержащей углерод. Содержание углерода в цементованном слое зависит от температуры цементации, состава газообразной среды, давления и химического состава стали. Глубина цементованного слоя зависит, при прочих равных условиях, от длительности процесса. Процесс протекает нормально, если в объеме рабочего пространства печи сохраняются однородный состав газовой среды и постоянство температуры. Эти факторы определяют качество цементованного слоя и экономичность процесса.
___Создание положительного давления в рабочем пространстве печи во время цементации способствует равномерному насыщению стали углеродом и имеет поэтому большое значение. Диффузия углерода от поверхности изделий вглубь должна происходить со скоростью, при которой отсутствует избыточное насыщение стали углеродом, приводящее к образованию карбидной сетки по границам зерна аустенита или к образованию отдельных крупных карбидов. Это связано с ограниченной растворимостью углерода в у-железе.
___Образование карбидной фазы в избытке, тем более в виде замкнутой цементитной сетки, недопустимо, так как при этом цементованный слой становится хрупким после закалки. Некоторое наличие цементита в виде дисперсных округлых включений желательно, потому что такие включения, будучи очень твердыми, уменьшают износ. Для предупреждения перенасыщения цементованного слоя карбидами содержание углерода в нем не должно превышать 1%. Это одинаково справедливо и для углеродистой, и для легированной стали.
___Качество цементованного слоя зависит и от глубины цементации. Глубина цементации должна быть тем меньше, чем больше углерода в исходном состоянии стали. Например, глубину цементованного слоя для зуба шестерни модуля 3—4, изготовленной из малоуглеродистой стали 18ХГТ, принимают равной 1 мм, а для той же шестерни, изготовленной из среднеуглеродистой стали 3ОХГТ, глубину цементованного слоя принимают равной 0,5—0,7 мм.
___Исследованиями установлено, что при чрезмерном увеличении глубины цементованного слоя снижается его усталостная прочность; поэтому, снижая глубину слоя до некоторого предела, можно повысить сопротивление циклическим нагрузкам при изгибе. У напряженных деталей, однако, при чрезмерно малой глубине слоя может снизиться контактная выносливость. Глубину цементованного слоя определяют до настоящего времени по-разному. Па некоторых заводах она измеряется на отожженном шлифе под микроскопом. За глубину слоя принимают расстояние от поверхности детали до исходной структуры. Па других заводах измеряют глубину слоя до появления феррита, а на третьих —до половины переходного слоя, т. е. до концентрации углерода, примерно равной 0,45—0,50%. Измеряют также глубину слоя на закаленном шлифе до твердости HRC 50
___После термической обработки цементованные детали должны иметь оптимальную твердость поверхностного слоя и сердцевины, определяемую условиями работы изделия. Твердость цементованной поверхности после закалки и низкотемпературного отпуска должна быть не выше HRC 58. При такой твердости в структуре имеется некоторое количество остаточного аустенита, которое считается допустимым, так как повышает сопротивляемость поверхности износу, если сопряженная поверхность имеет ту же твердость или несколько выше. Верхний предел твердости цементованной закаленной поверхности чаще всего равен НRC 63. Структура деталей должна иметь структуру сорбита или троосто-сорбита без феррита, так как феррит имеет низкую прочность и при критических нагрузках может быть причиной развития усталостных трещин. Образование структуры сорбита закалки зависит от содержания углерода в металле и от прокаливаемое™, а следовательно, и от массы детали. Поэтому структура сердцевины в разных сечениях детали будет, очевидно, разной при одинаковой термической обработке.
___Оптимальной твердостью сердцевины деталей считают HRC 35…45. Выбрать надлежащую марку стали для цементуемых деталей не так просто, так как, кроме прочности, сталь должна обладать и хорошими технологическими свойствами, например хорошей обрабатываемостью на станках. Основными требованиями, предъявляемыми к цементуемой стали, являются: прокаливаемость, которая соответствует сечению детали; мелкозернистое строение, обеспечивающее минимальную склонность стали к деформации, и надлежащая прочность и экономичность. Прочность цементуемой стали выбирается в соответствии с удельными нагрузками в рабочих сечениях деталей. Экономичность определяется составом стали. Сталь не должна содержать дефицитных легирующих элементов.
___Мелкозернистая сталь менее склонна к деформации, чем крупнозернистая, вследствие того, что закаливается менее интенсивно, не вызывая больших внутренних напряжений, но надо иметь в виду, что мелкозернистая сталь хуже обрабатывается. Для цементации рекомендуется применять сталь с размером зерна 7—8 баллов. Некоторые заводы создали оригинальные марки стали применительно к требованиям своего производства. Исследования, проведенные на ЗИЛе, установили, что стали З0ХГТ и 25ХГТ являются наиболее приемлемыми для газовой цементации. В этих сталях на рост зерна аустенита оказывают тормозящее действие дисперсные карбиды, не растворяющиеся при температуре цементации.
___ 
___________________________________________
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 *