Цементация стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

Защита от цементации [14]. Для защиты от цементации применяют различные краски или пасты, а также металлизацию медью. Самый совершенный и надежный способ — гальваническое омеднение или никелирование.
...
Для частичной защиты от цементации можно применять минеральные обмазки и краски, а иногда глину, с помощью которой обмазывают ящики (смесь кирпичного порошка с добавкой порошка.из шамотных кирпичей). Реже детали обкладывают
...
асбестом, размельченным в воде и имеющим вид теста, или смоченным листовым асбестом, который плотно прикладывают к поверхности детали и обвязывают проволокой.
...
Следует иметь в виду, что даже при цементации в твердом карбюризаторе углерод переносится газом и обмазки, пропускающие газ, защищают поверхность частично.
...
Лучшую защиту обеспечивают обечайки из мягких стальных листов (толщиной до 1 мм), надетые иа детали и в местах зазоров обмазанные глиной. Перед закалкой обечайку можно разбить молотком, так как иначе деталь под обечайкой окажется мягкой. Для частичной защиты можно уложить детали вплотную одна к другой поверхностями, которые не должны цементоваться; щели замазывают глиной. Кроме того, детали упаковывают так, чтобы части, не подлежащие цементации, можно было засыпать шамотным порошком с небольшим количеством древесного угля, а выступающую часть — засыпать в ящике твердым карбюризатором (рис. 32).
...
Омеднение в ванне, состоящей из 1 кг медного купороса и 0,75 кг концентрированной серной кислоты в 100 л воды, способствует частичной защите.
...
Полную защиту от цементации осуществляют с помощью специального покрытия и гальванического омеднения. Некоторые авторы [45] рекомендуют применять неорганическую краску, содержащую порошковую медь, наждак и жидкое стекло. Смесь двух весовых частей медного порошка (смесь можно иметь в запасе) с одной частью наждака разбавляют раствором жидкого технического стекла до получения консистенции, пригодной для покрытия кистью. Эта краска надежно защищает поверхности и легко снимается после цементации.
...
Другой состав защитной обмазки разработал Медек (национальное предприятие TOS, г. Верхлаби, Чехословакия). Она состоит из смеси двух весовых частей мелкого порошка обыкновенного стекла и одной весовой части магнезии или талька. Защищаемую поверхность покрывают густым раствором жидкого стекла и посыпают приведенной выше смесью. Если необходимо предохранить от цементации отверстия, то их заполняют глиной.
...
После того как нанесенная смесь высохнет, а на поверхности образуется хорошо удерживающееся сплошное покрытие, детали цементуют в печи. После закалки стекловидное покрытие растрескивается и легко удаляется.
...
С жидким стеклом размешивают необходимое количество обмазки непосредственно перед употреблением. Изделия должны быть тщательно обезжирены, иначе могут образоваться твердые пятна. Покрытия толщиной от 0,5 до 0,75 мм достаточны для защиты от цементации на глубину до 1 мм. В течение одного часа после нанесения обмазки детали укладывают в ящики. Обмазка при закалке отскакивает и остатки ее удаляют стальной щеткой. Этот способ защиты непригоден при цементации в соляных ваннах.
...
Гальваническое омеднение. Этот способ является надежной защитой даже при продолжительной цементации в твердом карбюризаторе. При цементации в соляных ваннах омеднение не применяют, так как медь переходит в ванну, загрязняет ее и может, кроме того, осесть на другие предметы, что неблагоприятно влияет на процесс цементации.
...
Омеднение применяют только на больших заводах, причем покрытие медью используют при цементации в газах и твердых карбюризаторах. Правильное выполнение омеднения требует тщательной подготовки.
...
Вначале детали обезжиривают в ванне. Затем места, которые необходимо цементировать, перед нанесением меди покрывают защитным составом из пчелиного воска с добавкой кани-
...
фоли (на 1 часть воска 4 части канифоли). Покрытие наносят погружением изделия в смесь, расплавленную в ванне. Так как покрытие легко удаляется, то обычно все изделие погружают в смесь, а затем ножом удаляют покрытие с мест, предназначенных для омеднения. Хотя пчелиный воск сравнительно дорог, расход его бывает небольшим, так как после омеднения воск легко снимается и вновь пригоден к употреблению.
...
При твердом хромировании вместо описанной смеси используют лак (хромолак), который удаляют с помощью растворителя.
...
Медное покрытие толщиной от 0,008 до 0,015 мм экономично, его можно быстро получить вначале в цианистых, а затем в сернокислых омедняющих ваннах.
...
При необходимости получить разную толщину цементованного слоя на одной детали цементацию этой детали выполняют в два приема (рис. 33,
...
медью с целью защиты от повторного науглероживания; толщина слоя неомед-ненных частей детали при повторной цементации увеличивается по сравнению с толщиной, полученной при первой цементации.
...
Припуск для защиты от цементации (рис. 33, б). На участках детали, которые должны остаться мягкими, можно оставить припуск, равный двойной толщине слоя. Этот способ — надежная защита; он пригоден для
...
Во введении было подчеркнуто, что цементация стали в твердых карбюризаторах является самым старым способом. Кузнецам еще в далеком прошлом было известно, что мягкая сталь при продолжительном нагревании в древесных углях без доступа воздуха становится закаливаемой. С XVII столетия хорошо известна цементация стали в твердых карбюризаторах. Она преследовала тогда две цели: сделать мягкую сталь закаливаемой и превратить мелкие или тонкостенные полуфабрикаты из сварочной стали в изделия из закаливаемой стали. Позднее появилась третья цель — насыщение мягкой стали необходимым количеством углерода и получение высококачественной стали в слитках с помощью последующей ее переплавки.
...
Интересный процесс — диффузия углерода в сталь со всеми технологическими особенностями — привлек внимание известных химиков и физиков XVIII и XIX вв.; каждый из них внес свой вклад в изучение явления цементации.
...
Во второй половине XIX в., после возникновения металлографии, интерес к изучению сущности цементации возрос еще больше. Среди ученых того времени в области металлургии и металлографии не было почти ни одного, который не занимался бы изучением цементации. Название важной фазы — цементит в системе равновесия железо — углерод, показывает, как цементация связана с указанной системой.
...
Если проследить развитие цементации стали в твердых карбюризаторах, то необходимо остановиться на двух важных этапах. В 1841 г. Лепле открыл, что цементация в древесном угле происходит за счет окиси углерода. Следующим важным шагом на пути к познанию действия цементующих порошков было открытие Карона, который в 1851 г. установил роль карбонатов щелочных и щелочноземельных металлов в качестве активизато-ров и предложил состав классического твердого карбюризатора: смесь древесного угля с углекислым барием.
...
Испытанный состав карбюризатора, предложенный Реомюром [86], был следующий: 1 часть древесного угля, 2
...
В табл. 7 приведен состав карбюризаторов, применяемых в различных странах. Классический состав Карона дает лучшие результаты и не превзойден ни одним из указанных составов.
...
Состав карбюризаторов, применяемых в СССР, предписан ГОСТ 2407—51, в котором указаны подробности их применения и приведено количество допустимых включений.
...
Отдельные составляющие карбюризаторов. Цементация в расплавленных солях и в газовой среде более выгодна, чем цементация в твердом карбюризаторе. Однако в Чехословакии и других странах с развитой промышленностью значительное количество деталей цементуют в твердом карбюризаторе. Обычно потребители сами составляют карбюризаторы из основного сырья. Ниже приведены отдельные составные части твердых карбюризаторов.
...
получают сухой перегонкой твердого дерева в неподвижных или подвижных ретортах. В угольных ямах дерево сжигают только в редких случаях. При сухой перегонке твердого дерева образуются побочные продукты, из которых вырабатывают соединения уксусной кислоты, ацетон, древесный деготь и другие химические продукты. В Чехословакии для сухой перегонки используют твердый бук. В СССР обрабатывают березу и другие лиственные породы. Уголь транспортируют кусками неправильной формы, размельчая их на месте потребления.
...
Раздробленный уголь делят на зерна различной величины (от размера зерна проса и риса до размера лесных орехов) и устанавливают три-четыре их размера.
...
Кокс применять невыгодно; в нем содержится много серы, но он освобождается от летучих веществ при высокой температуре его обработки. Добавка кокса в карбюризаторы способствует незначительному изменению их объема; детали, уложенные в карбюризатор, не обнажаются. В то же время объем одного древесного угля при цементации изменяется значительно.
...
Сажа — аморфный углерод в виде хлопьев, полученный при искусственном разложении природного газа, нафталина и т. п. Отдельно как Карбюризатор сажу не применяют.
...
Неорганические примеси в карбюризаторах воздействуют как активизаторы, переносящие углерод. Они различны по своему действию [85], [42].
...
(ВаС03)—самая активная и высококачественная примесь. Его получают химической переработкой природных минералов, содержащих барий: барита (тяжелый шпат, сернокислый барий) и витерита (природного углекислого бария). В продажу он поступает в виде тяжелого мелкого порошка, получаемого чаще всего осаждением раствора хлористого бария содой.
...
Углекислый барий имеет такие же свойства, как и карбонаты этой группы: при нагревании разлагается и освобождает под воздействием кислоты углекислый газ. Для определения углекислого бария производят простое испытание: небольшое количество этого бария разводят в соляной кислоте (появившийся шум указывает, что это карбонат) и в разбавленный раствор вводят одну каплю серной кислоты (также разбавленной). Белый мутный осадок в остатке соляной кислоты показывает, что исследован углекислый барий, раствор которого в соляной кислоте окрашивает прозрачную жидкость в бледно-зеленый цвет.
...
(СаС03) бывает различного происхождения: размолотый известняк, природный мел, осажденный карбонат (является очень чистым). Углекислый кальций полностью не может заменить углекислый барий, так как слишком легко разлагается.
...
(поташ К2С03) склонны к спеканию; рекомендуется их прибавлять к карбюризаторам как примесь в небольшом количестве. Карбюризаторы с этими щелочными примесями нельзя применять з цементационных ящиках из жароупорных хромистых сталей, так как их стенки протравливаются.
...
Кровяная соль, содержащая углерод и азот, обогащает ими слой стали. Ее добавляют в карбюризатор в небольшом количестве, так как она способствует появлению склонности карбюризатора к спеканию.
...
Другие составляющие, применяемые в твердых карбюризаторах, не имеют широкого практического значения. Так, например,
...
Обугливание выщелоченного дубильного вещества (из коры деревьев), опилок твердого дерева или обрезков кожи производят в изолированном помещении, так как ухудшается атмосфера цеха из-за интенсивного испарения.
...
Чехословацкие карбюризаторы. В Чехословакии карбюризаторы изготовляет «Северохема». Состав их приведен в табл. 7.
...
Карбюризатор В8, содержащий 8% углекислого бария и действующий медленно, изготовляют с двумя размерами зерен: 2—4 мм и 4—9 мм. Марка В15 содержит 15% углекислого бария, его изготовляют с такой же зернистостью как и В8 (к марке карбюризатора присоединяют в знаменателе среднюю величину зерна в мм, например, В8/3, В15/7). Этот карбюризатор действует несколько активнее, чем первый. Наиболее науглероживающий карбюризатор — В40 с 10% углекислого бария. Кроме указанных карбюризаторов, изготовляют ВЗ, содержащий добавку углекислого кальция, и 26АК, содержащий соду и желтую кровяную соль (без углекислого бария).
...
В качестве составляющих, богатых углеродом, принимают древесные угли с добавкой кокса; ВЗ и 26АК перемешивают только с древесным углем.
...
Дошкарж (Чехословакия) в своей работе [38а] исследовал влияние щелочных и других карбонатов, а также добавок из различных солей на цементирующее действие древесного угля для того, чтобы найти лучшую науглероживающую примесь, чем углекислый барий. Он установил, что влияние примесей возрастает, если в раствор ввести древесный уголь, а затем примеси высушить, и показал, что можно значительно снизить примеси из бариевых солей.
...
Советские карбюризаторы. Состав некоторых карбюризаторов, изготовляемых в Советском Союзе, приводится в табл. 7 [10]. По ГОСТ 5535—50 выпускается карбюризатор на основе полукокса и углекислого бария, который подобен чехословацкому карбюризатору В15/7. Стандартом предписаны верхние
...
Карбюризаторы покупают в готовом виде или приготовляют на заводах по собственным инструкциям ручным или машинным способом. Ручное приготовление применяют в небольших цехах, где цементацию производят не часто и в небольших количествах. На заводах, при постоянно выполняемой цементации большого количества изделий, карбюризатор приобретают в готовом виде или изготавливают его с помощью механизмов при обеспеченной поставке отдельных составляющих. В Чехословакии карбюризаторы приобретают обычно в готовом виде.
...
Для размола древесного угля чаще всего применяют молотковые или дисковые мельницы, так как дезинтеграторы с большим числом оборотов слишком размельчают уголь и превращают его в пыль. Иногда вначале дробят куски угля легкими щековыми дробилками. Раздробленный уголь из мельниц подают непосредственно на сортировочное сито, где по требованию разделяют на два-три размера. Более крупные части возвращают в мельницу, а более мелкие (их бывает 30—40%)) направляют для использования в литейных цехах.
...
Рассортированный уголь складывают по величине зерна в хранилища. Раздробленный уголь нельзя долго хранить на складах, так как он абсорбирует влагу (тем больше, чем больше в нем мелких зерен). Место для хранения не должно быть слишком теплым, так как уголь окисляется. Цех, где изготовляют карбюризатор, должен быть сухим, с хорошей вентиляцией и средней температурой около 20° С.
...
Остальные добавки хранят в отдельных помещениях. Карбюризатор при небольшом числе оборотов смешивают в барабанных мешалках, имеющих перекидные перегородки для того, чтобы древесный уголь не дробился. Примеси бывают очень мелкими для лучшего прилипания к шероховатой поверхности угля. Иногда добавляют небольшое количество связующих веществ, которые способствуют прилипанию карбюризатора к угольным зернам. Для этого применяют 3—4%) мазута или патоки.
...
В Чехословакии можно применять отработавшее масло из коробок скоростей после незначительной очистки от загрязнений. Лучше применять примеси в сильно измельченном виде и проверять их весовое соотношение, чтобы избежать применения связующих веществ. Примеси обычно измеряют в процентах по весу (1 дм3 древесного угля весит 0,28—0,35 кг, углекислого ба-
...
Из мешалки готовый карбюризатор пересыпают в вагонетки и транспортируют в упаковочный цех; здесь карбюризатор ссыпают в ящики над рабочими столами, на которых упаковывают детали в коробки.
...
Выбор карбюризатора. Вопрос правильного выбора состава карбюризатора важен не только по техническим, но и по экономическим соображениям [108]. Мы уже упоминали о необходимости до предела экономить углекислый барий, который можно только частично заменить углекислым кальцием или натрием. Пятьдесят лет тому назад Шарпи пришел к выводу, что углекислый барий нельзя заменять углекислым кальцием ввиду их взаимного химического сродства. Добавка же ускорителей к древесному углю необходима, так как без нее науглероживание протекает медленно. Даже при экономном применении карбюризаторов необходимо использовать одни карбюризаторы для углеродистых сталей, другие — для высококачественных, третьи — для хромоникелевых.
...
Для цементации обычных сталей применяли карбюризаторы, в которых большая часть древесного угля была заменена коксом из бурого угля (так называемый полукокс), содержание углекислого бария было существенно снижено и недостающее его количество восполнено углекислым кальцием и небольшим количеством соды. Карбюризаторы этого типа нельзя рекомендовать для широкого использования, так как они содержат большое количество серы, которая может нарушить термическую стойкость стали в печах [112].
...
Для тех случаев, когда карбюризатор имеет по отношению к стали слишком большой потенциал науглероживания, литература рекомендует прибавлять так называемые замедлители (¡5% порошкового ферросилиция или 20% размолотого сланца или кварца). По данным некоторых авторов [60], действие этих примесей спорно.
...
Для углеродистых сталей применяют карбюризаторы, содержащие желтую кровяную соль и цианид кальция. Эти карбюризаторы обогащают сталь азотом, что способствует лучшей ее прокаливаемое™, и устраняют опасность возникновения мягких пятен. Перед применением карбонатов, щелочных и других солей необходимо испытать состав карбюризатора при всех используемых температурах.
...
Для цементации изготовляют также составы из смеси, состоящей из искусственных зерен, соединенных связующими веществами, или из смеси в виде прессованных зерен. Для Чехословакии этот способ необычен, а в других странах он начинает вытеснять цементацию в твердых карбюризаторах. В этих смесях используют пылевидные частицы угля; карбюризатор имеет
...
хороший внешний вид. Однако производство смесей обходится дорого. Кроме того, прессованные зерна иногда распадаются и превращаются в пыль.
...
При выборе карбюризатора важным фактором является состояние поверхности изделия, которое поступает в цементацию. Для цементации сложных деталей, поверхность которых не шлифуется, используют карбюризаторы, не подвергающиеся спеканию и не протравливающие поверхность изделия. Для крупных деталей, которые подвергают после цементации- значительной шлифовке (или их поверхность остается необработанной), используют карбюризаторы, содержащие щелочные соли; они способствуют травлению поверхности.
...
Обычно выбирают такое зерно смеси, чтобы деталь была окружена карбюризатором и он проник во все углубления. Например, при цементации зубчатых колес и шестерен зерно должно проникнуть между зубьями, а для цементации простого вала используют более крупное зерно.
...
На практике никогда не применяют свежеприготовленные карбюризаторы, а всегда смешивают свежий карбюризатор с использованным. Это не только экономично, но и целесообразно; такая смесь действует менее активно. Соотношение выбирают опытным путем, при учете марки цементуемой стали и требуемой толщины слоя. Обычно смешивают '/з нового карбюризатора с 2/з использованного. В больших закалочных цехах после цементации использованный карбюризатор выгребается из ящиков через решетку и по транспортеру направляют к складу.
...
Детали, предназначенные для цементации, должны быть чистыми (без масла, ржавчины и окалины), а их внутренние пустые пространства — сухими. В упаковочный цех детали поступают в ящиках с вкладышами или на вагонетках с подвесами. Для каждой детали соответственно марке стали технологическим процессом устанавливают марку карбюризатора, величину зерна, а также соотношение свежего карбюризатора со старым (при серийном производстве и тип ящика). Цементацию в карбюризаторе всегда выполняют в ящиках. На других языках процесс называется соответственно, на немецком — «Einsatzhar-tung», на английском — «раек carburising».
...
Ящики для цементации изготовляют из листов мягкой или жароупорной стали сваркой или литьем (из жароупорной литой стали). В литературе также упоминается о применении для ящиков литой алюминиевой бронзы с 10% алюминия.
...
Если вместо литья используют листовой материал из мягкой стали, то он может быть несколько тоньше. Однако толщину листов подбирают по весу собранного ящика и его конструкции.
...
Ящики в зависимости от типа деталей имеют различные стандартные размеры, особенно для печей непрерывного действия; для них размеры ящиков выбирают сообразно размеру транспортера. Ящики иногда имеют приливы для захвата цепями (рис. 34.). При серийной цементации определенного изделия вид ящика приспосабливают к типу изделия (рис. 35). Преимущество такой конструкции заключается в том, что при цементации расходуется необходимое количество карбюризатора, и весь ящик лучше прогревается.
...
Цементационные ящики, изготовленные из жароупорной стали, должны быть достаточно прочными. С ними осторожно обращаются, особенно при извлечении из печи, так как при некоторых температурах на них появляются трещины. Для ящиков применяют аустенитные стали, содержащие никель, преимущественно стали —Польди АКС (CSN
...
Не менее пригодны и стали Польди АКХ (ÖSN —17153), а также по ГОСТ — Х25; Böhler — R.S30; Krupp — FF-25; AISI — 446, содержащие 25% хрома; эти стали, как и предыдущие, жароупорны и мало восприимчивы к диффузии углерода. В печах, отапливаемых твердым или газовым топливом, материал ящиков менее подвержен разрушению от воздействия серы, чем в печах, отапливаемых другими видами топлива. Однако при длительном применении сталь ящиков все же становится крупнозернистой и хрупкой. Так как сталь Х25 в противоположность
...
стали АКС не содержит никеля, то применение ее в Чехословакии весьма целесообразно, однако карбюризаторы, содержащие щелочные соли, протравливают ящики, изготовленные из сплавов хрома.
...
Оправдывают себя также ящики диффузионно-алити-рованные. Алюминиевый диффузионный слой «а этих ящиках не подвергается
...
Вместо алитирования используют переходные и дешевые обмазки, например обмазку из смеси алюминиевого порошка и жидкого стекла; при таком покрытии происходит диффузия алюминия.
...
Для сварки ящиков применяют различные электроды соответственно марке стали: для аустенитных сталей АКС и AKCF— электрод 376, для ферритной стали АКХ — электрод 386 или более дорогостоящий электрод 376. Такие же электроды применяют для заварки возникающих трещин.
...
Цементационные ящики изготовляют сваркой, придавая им любую форму и ребристую поверхность (рис. 37). Серый чугун для изготовления цементационных ящиков непригоден. Можно применять стали для литья, поскольку их прочность приближается к прочности листовой стали. Более пригодна для литья жароупорная сталь, например Польди АКС (CSN 422952). Существуют и другие жароупорные сплавы, но они хрупки.
...
Важна и отделка крышек. У сварных ящиков из листового материала (прямоугольных или круглых) крышкой служит хорошо приспособленный лист, который можно свободно положить
...
К литым ящикам (рис. 38) крышки подгоняют более плотно. Их также изготовляют ребристыми. На крышке всегда оставляют отверстие для «свидетелей», закладываемых для контроля слоя.
...
Наполнение ящиков. Закалочный цех должен иметь достаточный запас ящиков разных размеров. Каждое изделие окружают слоем карбюризатора толщиной 5—10 мм; у крупнозернистых карбюризаторов этот слой может достигать 15 мм. На дно ящика наносят слой хорошо просеянного карбюризатора, толщиной 30—40 мм и на него укладывают предметы, предназначенные для цементации. Затем их засыпают карбюризатором, который только слегка утрамбовывают (так, чтобы свободно прохо-
...
дил воздух) и не встряхивают. После наполнения первого слоя насыпают второй и так до края ящика. Верхний слой должен быть более толстым, чем предыдущие (разделяющие). Затем накладывают крышку и сверху обмазывают глиной (кирпичную глину смешивают по мере надобности с раздробленными обожженными остатками шамотных кирпичей) так, чтобы глина при нагреве не давала трещин, и ящик закупоривается. В отверстие крышки вкладывают «свидетель», один конец которого погружается в карбюризатор между деталями, а другой выступает настолько, чтобы можно было захватить его закалочными щипцами. Свидетель также обмазывают глиной.
...
Наполнение ящиков на больших заводах производят механизированными устройствами. Запас карбюризатора находится в бункере непосредственно над столом рабочего (рис. 39); карбюризатор можно насыпать в необходимом количестве сразу в ящики. Изделия из цехов поступают на стол в ящиках, переносимых подвижным легким краном, на вагонетках, на
...
Работу организуют так, чтобы ящики после наполнения не лежали долго, а сразу же после просыхания глины поступали в печь. При длительной задержке карбюризатор может отсыреть, что способствует нарушению процесса цементации и ухудшению качества поверхности.
...
Печи для цементации. Для цементации твердыми карбюризаторами на практике используют почти такие же печи, что и для
...
нагрева под закалку или для отжига. Это одна из причин распространения цементации твердыми карбюризаторами на небольших заводах. Среди печей, пригодных для цементации изделий в ящиках, различают следующие: камерные, шахтные, карусельные и др.
...
Камерные печи. Для цементации применяют все типы камерных печей, отапливаемых твердым или газовым (жидким) топливом, независимо от того, где расположены горелки—по сторонам, под плоским дном пли вокруг муфеля (рис. 40, а)
...
Печи, нагреваемые непосредственным сжиганием твердого топлива или с использованием генератора, а также с порошковым отоплением почти не применяют.
...
Электрические печи для цементации не отличаются от электрических печей, предназначенных для закалки: печам, используемым для цементации с упаковкой изделий в ящики, придают вентиляционное оборудование для устранения газов, которые образуются в начале процесса (рис. 40, б).
...
подготовительных операций эти печи (рис. 41) были распространены в американской автомобильной промышленности [36], [78], [96].
...
Проходные (конвейерные) печи для цементации изделий в ящиках строят с электрическим нагревом или с отоплением газовыми горелками (рис. 42). Для этих печей применяют ящики и горшки из специального жароупорного чугуна. На дне горшка или ящика имеются приливы, за которые транспортная цепь захватывает горшок (ящик) и переносит его по рельсам
...
через всю печь. В некоторых печах имеются два устройства, с помощью которых ящики перемещаются в противоположных направлениях (две поточные линии внутри печи). Благодаря этому теплом раскаленных ящиков нагреваются ящики, поступающие в печь. Часто такие печи строят как «двойники» с четырьмя линиями, направленными в противоположные стороны (рис. 43) или как «тройники» с шестью линиями (рис. 44). В этом случае в начале и в конце печи не ставят перегородок, чтобы не препятствовать теплообмену, а в средней части печи на перегородках размещают нагревательные сопротивления. Вместо литых сосудов и ящиков при цементации можно применять клетки с муфелями для отдельных деталей, например для шестерен.
...
Проходные механические печи соединены с заготовительным цехом, где производят упаковку на роликовых транспортерах. Так достигается общая механизация процесса. В настоящее время проходные печи для цементации в твердых карбюризато-
...
Шахтные печи. Шахтные печи, нагреваемые обычным топливом или электричеством, по конструкции подобны шахтным печам для отжига. Изделия для цементации помещают в сосуды, которые опускают в шахтные печи с помощью крана. Эти печи особенно необходимы для цементации длинных деталей в вертикальном положении. В сосуд помещают большое количество
...
Карусельные и другие печи. Для цементации в карбюризаторах сравнительно редко применяют карусельные печи (рис. 45). Детали перемещаются во вращающемся колодце или по рельсам в круглой печи, либо печь строят как ряд камер, вращающихся вместе.
...
Для цементации в карбюризаторе применяют (для мелких не очень тонких деталей) ретортные барабанные печи, отапливаемые газом с внешних сторон или каким-либо топливом с колосниковой решеткой. В такие печи засыпают детали и проверенные дозы карбюризатора; барабан нагревают при постоянном вращении. Тонкие слои цементуются равномерно и быстро. В печах такой конструкции производят также газовую цементацию деталей.
...
Нагревание. После загрузки деталей ящики помещают в охлажденную печь или при постоянном нагреве загружают печи непрерывно. Затем производят нагревание до температуры цементации.
...
Ящики ставят в один ряд, так как при высокой температуре они не выносят большой нагрузки. Только в исключительных случаях небольшие ящики можно ставить на ящики первого ряда. Между ящиками оставляют промежутки для циркуляции воздуха. Ящики, нижняя сторона которых не нагревается, размещают на рельсах.
...
Температуру цементации устанавливают в зависимости от цементующей среды и марки стали (предельная температура приводится в описании цементуемых сталей).
...
Очень важно поддерживать равномерную постоянную температуру во время цементации, так как колебание температуры способствует выделению цементита в виде сетки вокруг зерен.
...
Продолжительность цементации для получения необходимой толщины слоя. Продолжительность цементации регулируется выбранной толщиной слоя. При этом принимают во внимание марку стали, температуру цементации и свойства карбюризатора. На рис. 46 показана зависимость между температурой и глубиной науглероживания при использовании древесного угля, а на рис. 47—эта же зависимость с добавкой углекислого бария.
...
Поясним, что мы принимаем за толщину слоя. Исходя из кривой содержания углерода (см. стр. 204), слой углубляется до
...
той части металла, где содержание углерода почти на 0,07% больше, чем в сердцевине. Это приближенно соответствует глубине слоя, которая после закалки дает твердость до 50 НЯС. В практике за толщину слоя чаще всего принимают ту часть излома контрольного образца, которая на вид отличается после закалки (крупный излом — при закалке с температуры цементации, мелкий —при закалке образца, предварительно охлажденного до 780° С).
...
Общую толщину слоя можно установить с помощью микроскопа при небольшом увеличении после травления азотной кис-
...
Рис. 47. Влияние температуры и времени на глубину слоя при цементации в древесном угле, активизированном добавкой углекислого бария.
...
лотой (см. гл. X). Толщину слоя указывают для каждой детали в производственной инструкции, составленной по результатам практических опытов и по способу обработки. В инструкции, кроме того, указано, каким методом можно достигнуть необходимой толщины слоя. Нельзя забывать, что у тонкостенных деталей при увеличении толщины слоя уменьшается вязкость. Это прежде всего относится ко всем типам зубчатых колес.
...
превышает 2 мм. При цементации инструмента, пуансонов, валиков, наковален выбирают слой толщиной в 5 мм и более. В этом случае цементация в твердом карбюризаторе более экономична, чем в соляной ванне-
...
температуру и проверенное время. Точный учет всех факторов позволяет отказаться от «свидетеля». Однако контроль с помощью свидетелей так прост, что даже при наличии большого опыта цементации его проводят регулярно.
...
Крупный инструмент, детали машин для домашнего хозяйства, изготовленные из обычных углеродистых сталей 10 и 11-го классов, можно закаливать в воде от температуры цементации непосредственно из карбюризатора. Однако от этого способа при цементации в твердом кабюризаторе отказываются, так как он затрудняет работу. Нагретый ящик может открыться и прихо-
...
дится щипцами вынимать деталь за деталью и опускать в расположенный рядом бак для закалки (после газовой цементации и цементации в соляных ваннах способ закалки в воде применяют чаще). При опрокидывании всего ящика в воду, как это иногда делают при цементации мелких деталей, отработанный твердый карбюризатор теряет свои свойства.
...
В большинстве случаев ящики после извлечения из печи охлаждают; из больших проходных (конвейерных) печей ящики поступают уже значительно охлажденными на стол перед печью и оттуда по транспортеру в цех, где их опоражнивают и ремонтируют. Охлажденные ящики открывают, вынимают из них отвердевшую глину, а содержимое высыпают на колосниковую решетку. Использованный твердый карбюризатор попадает в бункер, откуда ленточным транспортером или ковшовым подъ-
...
Во время второй мировой войны дефицитный углекислый барий получали выщелачиванием использованного карбюризатора соляной кислотой и осаждением углекислого бария как карбоната из нейтрального фильтрата.
...
Детали очищают постукиванием или струей воздуха, а в случаях спекания карбюризатора — с помощью проволочной щетки; после очистки детали передают в термический цех.
...
Закалка деталей, цементованных в твердом карбюризаторе. В зависимости от термической обработки после цементации чехословацкие стали делят на три группы:
...
Для второстепенных деталей из сталей первой группы применяют одинарную закалку — из карбюризатора в воду. Слой получается крупнозернистый и хрупкий, сердцевина мелкозернистая и более твердая (менее вязкая), чем при способе, описанном ниже. Деформация незначительна.
...
Более совершенным процессом является охлаждение в ящике и закалка охлажденных деталей с 780° С в воде. Сердцевина получается несколько более крупнозернистая и мягкая, слой — мелкозернистый, высокой твердости при достаточной вязкости. В случае необходимости в определенных местах, которые должны остаться мягкими, после охлаждения слой снимают на станке; отжиг для этой группы не применяют. Коробление и деформация незначительны.
...
Наилучшие результаты дает двойная закалка; после охлаждения в ящике детали нагревают до 890° С и закаливают в воде (тонкостенные — в масле), затем следует второй нагрев до780°С и закалка в воде. Сердцевина — мелкозернистая, но несколько мягче, слой также мелкозернистый, твердый и соответственно вязкий. Деформация больше, чем в предшествующих случаях.
...
У углеродистых сталей иногда появляется анормальная структура или возникают мягкие пятна, что на практике недопустимо. Более резкую закалку стали выполняют в соленой или щелочной воде. Иногда сталь предварительно посыпают порошком желтой кровяной соли или нагревают для закалки в соляной цианистой ванне.
...
туре (860—880°С), в виде исключения применяют первую закалку. Обычно детали оставляют для охлаждения в ящиках, а затем производят либо одинарную закалку с температуры выше 800°С (чаще всего 830—840°С), либо двойную закалку вначале с 880° С, а потом с 810—830° С.
...
При одинарной закалке сердцевина имеет несколько большую величину зерна, чем при двойной (в зависимости от температуры цементации и от склонности к образованию мелкого или крупного зерна аустенита); слой немного перегрет, но очень мелкозернистый. Одинарную закалку часто применяют для хромо-молибденовых сталей.
...
При двойной закалке в сердцевине получают мелкое зерно и вязкий мелкозернистый излом; вязкость сердцевины самая высокая, а коробление — большое.
...
Для сталей второй группы высокий отпуск не применяют, так как эти стали не склонны к образованию остаточного аустенита. Этот отпуск применяют для цементованных деталей, получающих при медленном охлаждении повышенную твердость на поверхности (хромомолибденовые стали) в тех случаях, когда необходимо устранить слой на некоторых участках или подвергнуть изделие механической обработке.
...
У деталей с толщиной слоя более 1,2—1,5 мм часто происходит выделение цементита в виде зерен или сетки. В таких случаях производят диффузионный отжиг.
...
Детали из третьей группы стали требуют точной термической обработки для получения лучших результатов. Их всегда оставляют для охлаждения в ящиках.
...
Для стали с содержанием никеля не выше 3,5% после охлаждения в ящике достаточно одинарной закалки в масле с температуры 780—820° С; при этом сердцевина и слой будут мелкозернистыми и вязкими.
...
Отжиг необходим для сталей с содержанием никеля свыше 3% в случае, если детали нужно обрабатывать после термообработки. Отжиг производят при 610—630° С в течение 4—6 час. Стали с содержанием никеля свыше 4% нельзя отжигать при температуре выше 550—580° С. Стали с большим содержанием никеля для увеличения поверхностной твердости иногда подсту-живают.
...
Цементованные слои никелевых сталей под влиянием большого содержания избыточного аустенита имеют высокую вязкость, а твердость ниже 60 HRC. Вязкость и пластичность
...
Пасты содержат те же составляющие, что и твердые карбюризаторы; эти составляющие мелко растерты и приведены в консистенцию паст добавкой вязких растворов (водного раствора камеди, метилцеллюлозы, пектина, клея и др.).
...
Состав паст, применяемых в Советском Союзе [10], приведен в табл. 9. Цементующая паста образует жидкую кашицу, которая после нанесения на поверхность металла прилипает толстым слоем
...
Цементация пастами не получила широкого распространения, так как манипуляции с ними неприятны, а электрические печи с обмотками на стенках быстро выходят из строя из-за выделяемых газов.
...
Цементация в расплавленных солях появилась сравнительно недавно. Она была известка перед первой мировой войной, но широкое распространение получила в 1925—1935 гг. и с того времени с успехом применяется при цементации деталей небольших и средних размеров. Для деталей больших размеров преобладает цементация в твердых карбюризаторах.
...
В Советском Союзе изучены пригодные для цементации соли, разработаны инструкции для заводов, успешно решен вопрос об использовании известковых солей.
...
В Чехословакии вырабатывают соль для цементации под названием «синферрит» на национальном предприятии Драсловка-Колин в таком же составе и таком же обозначении, как и ранее упомянутая соль «дурферрит».
...
Из применяемых для цементации солей можно выделить основную соль, содержащую хлориды, и составляющие соли, содержащие углерод и азот.
...
(ВаС12 • 2Н20) — белая соль, кристаллизирующаяся в виде пластинок; при нагревании теряет кристаллизационную воду; плавится при 980°С. Смесь хлористого бария (1 часть) и хлористого натрия (1 часть) плавится при 530° С; известна как соль СБ 540, применяемая для отпуска. Соль ядовита.
...
(КС1) подобен поваренной соли, кристаллизируется без воды в мелкие кубические кристаллы, плавится при 768° С и применяется как присадка к хлоридным смесям. Смесь из 3 частей хлористого бария и 2 частей хлористого калия плавится при температуре около 670° С; известна как закалочная соль 05670.
...
(СаСЬ) поставляется как обезвоженный продукт. Он кристаллизуется с шестью молекулами воды, поглощает очень активно влагу и с трудом освобождается от нее. Поэтому хлористый кальций хранят в упаковке с плотно прилегающими крышками. Он плавится при 772° С; в смеси с хлористым натрием является основной солью для некоторых советских цементующих жидких сред.
...
Хлористые барий и кальций в цементующих ваннах являются также ускорителями и хотя в процессе непосредственно не участвуют, но поддерживают его.
...
известь», применяемая для удобрения. Его получают под воздействием азота на известковый карбид при нагревании. Цианамид кальция хороший активизатор; он действует скорее как среда цементующая, чем азотирующая и, кроме того, его применяют в твердых карбюризаторах.
...
При цианировании в соляных ваннах происходит сложная реакция. В цианистой ванне образуется цианит, разлагающийся на окись углерода и азот в состоянии выделения. Химическое взаимодействие между смесью солей и поверхностью стали сложное и зависит от температуры процесса: при низкой температуре образуется больше нитрида, при высокой — цементита. Успех зависит от правильного выбора состава смеси и содержания ванны, так как условия протекания процесса в ванне изменяются не только от проникновения углерода и азота в слой, но и от собственных тепловых процессов.
...
Экономическая выгода определенных составов солей основана на их практическом использовании для слоев различных толщин; одинаковые составы смесей для получения тонких слоев и для глубокой цементации неэкономичны. Не менее важно знать порядок пополнения, контроля и содержания ванны. При составлении пригодной соляной ванны исходят из нескольких основных смесей соли:
...
сгого бария и натрия. Удельный вес расплавленной соли у СЗ около 1,3 кг\дмъ и соли 560 — около 2,3 кг/дм3.
...
С5. На каждые 100 л полезного объема смешивают 90 кг соли 540, 58 кг соли С5 и 12 кг соли СЗ. Вначале расплавляют соль С5 540, затем добавляют соли СЗ и С5. Готовая ванна содержит около 10—15% цианида, 55—60% хлористого бария, 25—30% хлористого натрия и почти 1 % соды. Удельный вес соли СБ 540 около 2,3 кг/дм3, а соли С5 — около 2,5 кг/дм3.
...
Кроме смесей СЗ и С5, существуют смеси С2 и С4. Смесь С2 предназначена для цементации небольших деталей с очень тонким слоем. Ванну составляют из 80% смеси С2 и 20% соли СБ 560. Смесь С4 поставляется в готовом виде с содержанием около 40% цианистого натрия; 'пригодна для цементации до глубины 1 мм, имеет большую текучесть, чем предшествующие смеси; ею наполняют ванны, включенные в поточную линию. Смеси С2 и С4 применяют на практике редко.
...
В СССР Государственный институт прикладной химии (ГИПХ) разработал состав соли, основанной на «активных» элементах — цианиде и цианамиде. Эта соль распространена на заводах Советского Союза наряду с цианистыми ваннами, которые соответствуют чехословацкому синферриту. Основной ее частью является хлористая смесь, содержащая 60% безводного хлористого кальция и 40% хлористого натрия; температура плавления 565° С, удельный вес 1,55 кг/дм3.
...
Ванну составляют из 90% указанной соли и 10% цементующей соли ГИПХ, которая состоит из 43—49% цианида кальция, 2—3% цианамида кальция, 30—35% хлористого натрия, 14— 16% окиси кальция и небольшого количества фтористого кальция (СаРг). В приготовленной ванне, следовательно, содержится около 5—7% цианида.
...
Другие советские цементующие ванны [10] содержат расплавленную соду с присадкой 10—15% хлористого натрия. В ванну такого состава прибавляют 10% порошкообразного карбида кремния (карборунда), а с поверхности снимают пленку, содержащую кремнекислый натрий. Существуют и другие ванны.
...
Небольшое значение имеет и электролитическая цементация в расплавленной массе, содержащей соду и хлористый натрий, либо углекислый и хлористый барий. Ванна работает на напряжении в несколько вольт при плотности тока 20—40 а/дм2. Изделия в ней подвешивают; они являются катодом. При указанной плотности тока и температуре ванны свыше 900° С (лучше — свыше 1050° С) цементация протекает довольно быстро. Углекислая соль распадается на металл, выделяющийся на катоде, и углекислый газ и кислород, выделяющиеся на аноде
...
Для цементации в расплавленных солях применяют тигельные печи: газовые, электрические (сопротивления), индукционные (в них накаливается стальной тигель). Применяют электродные печи. Для цианистой расплавленной массы используют стальные тигли из специальной литой стали.
...
Газовые печи. Применение их экономично, если имеется дешевый отопительный газ. Эти печи строят как шахтные; они отапли-
...
ваются двумя или тремя горелками, пламя которых направлено по касательной к стенке тигля (рис. 49). В низких печах горелки располагают в одной плоскости, а в глубинных — для равномерности нагрева размещают большое число горелок в двух пло-
...
В газовых печах тепло от продуктов сгорания используют для нагревания печей предварительного подогрева. Это большие шахтные печи, в которые продукты сгорания поступают перед выходом из трубы. В них легко достигается температура 350—400° С, что вполне достаточно для предварительного нагрева деталей перед опусканием их в ванну.
...
Электрические печи сопротивления (рис. 50) почти не отличаются по своему виду от газовых печей. Внутри печи расположены подвесные приспо- ___
...
Рис. 52. Тигель, снабженный наваркой из жароупорной хромоникелевой стали (справа — разрез наварки), для соляной цементующей ванны.
...
Электродные печи изготовляют так же, как тигельные или как печи с призматической литой ванной. Электродные печи экономичнее печей с внешним подогревом; они имеют два или три электрода, работающих на напряжении 30—60 в. Печи поставляют с трансформатором, позволяющим вручную или автоматически регулировать температуру. Для предварительного подогрева деталей рядом с электродными печами устанавливают шахтные печи с циркуляцией воздуха. Преимуществом электродных печей является конвекция в ванне, вызываемая протеканием тока.
...
той же стали. Тигли имеют загнутые края для того, чтобы их верхний край был плотно прижат к верхней плите печи; выкипающая соль при этом не может протекать внутрь печи. Штампованные тигли имеют толщину стенок 10—15 мм, а дно несколько толще. Наружная поверхность тиглей значительно нагревается в газовых печах и электрических печах сопротивления.
...
Вытяжка. Для удаления испарений и особенно осаждающихся частиц солей применяют зонты (крышки). Вначале для
...
тигельных соляных ванн изготовляли зонты с защитными кожухами, а доступ к ваннам обеспечивался открывающимися дверцами (рис. 53). Это устройство часто выходило из строя, доступ к поверхности ванны был недостаточным, затруднялось измерение температуры. Сейчас используют вытяжное устройство подковообразной формы, облегчающее доступ к ваннам, но требующее большой тяги (рис. 54). Иногда непосредственно над тиглями устанавливают щелевое вытяжное устройство (рис. 55).
...
Измерение температуры. В цианистых ваннах температуру измеряют с помощью термопар погружения, так как засыпанный на поверхность ванны графит исключает измерение оптическим пирометром (ардометром). Можно применять никельхро-мовые или платинородиевые термопары в защитных керамических трубках, помещенных в трубки из жароупорной стали. Менее прочна, по более дешева термопара из стальной мягкой трубки, вытянутой в иглу, внутри которой запаяна проволока из константана, изолированная от внутренней стенки трубки
...
керамическими бусами или асбестовым шнуром. Железоконстан-тановая термопара используется при температуре 930° С [40].
...
Вспомогательные устройства. Для очистки ванн используют ковши с отверстиями. Соль хранят в бункерах; ее тщательно уплотняют для предохранения от проникновения влаги, а бункеры закрывают. Для сбора соли, стекающей каплями с деталей, служат железные плоские тазы. В больших цехах устанавливают насосы для перекачки содержимого ванн (рис. 56).
...
При значительной распространенности цементации в соляных ваннах цементация в твердых карбюризаторах полностью не вытеснена. Ниже приводится сравнение -обоих способов.
...
Преимущества цементации в соляных ваннах. Цементация в соляных ваннах происходит быстро, так как не затрачивается время на нагревание ящиков. Цементовать изделия можно без опасений при температуре свыше 900° С. Это преимущество проявляется в большей степени при цементации деталей малых и средних размеров.
...
Цементация в соляных ваннах позволяет более точно получать различную толщину слоя, что по сравнению с цементацией в твердых карбюризаторах очень важно для небольших по размеру деталей с тонкими слоями, у которых разброс по толщине слоя (принимая во внимание небольшую толщину сердцевины) допускается в узких пределах по сравнению с крупногабаритными деталями.
...
Температуру соляной ванны часто используют для первой закалки при двойном закаливании, так как она соответствует температуре закалки сердцевины.
...
Слои, полученные в цианистых ваннах, содержащих азот, лучше прокаливаются, не образуют мягких пятен и имеют несколько лучшие механические качества. Кратковременность цементации в соляных ваннах уменьшает возможность излишнего науглероживания, несмотря на то, что температура процесса бывает очень высокой.
...
Соляные ванны позволяют вести цементацию полуавтоматически или автоматически. Совершенно исключаются работы,связанные с наполнением и разгрузкой ящиков, при которых рабочий подвергается вредному действию порошка.
...
Недостатки цементации в соляных ваннах. Соляные ванны мало пригодны для цементации крупногабаритных деталей, так
...
как детали быстро охлаждают ванну: поверхность изделий по отношению к весу мала; ванна из-за долговременного нагревания большой массы расходует тепло быстрее, чем при собственной науглероживающей реакции. При цементации нагрев крупногабаритных деталей в камерных печах более экономичен, чем в больших тигельных.
...
Применяемые в соляных ваннах химикаты дороже твердых карбюризаторов. Большой недостаток этих химикатов — ядовитость и необходимость нейтрализации отработавшей воды. Другим недостатком цементации в соляных ваннах является загрязнение рабочего помещения ядовитыми солями и опасность ожогов. Кроме того, ограничена возможность точного сохранения размеров у сложных деталей, которые часто деформируются при подвешивании в ванне.
...
Сравнение преимуществ и недостатков различных способов цементации [6]
...

Спутник термиста
Новые материалы
Твердые сплавы
Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Цементация стали