Цементация стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

На рис. 80, а и б показана современная небольшая механизированная камерная печь для цементации газом (и для нитроцементации). Такие печи в различных модификациях строят в США и в Великобритании [18], [50], [61]. Передняя камера у них отделена от пространства, в котором размещают изделия: в печь не проникает воздух при загрузке, а изделия предвари-
...
крываются, и изделия передвигаются в заднюю камеру, наполненную цементующим газом. Затем дверцы закрываются, и печь впереди подготовлена для приема следующей загрузки.
...
В случае необходимости цементованные изделия оставляют для охлаждения в защитной газовой среде; в этом случае детали выходят из печи с блестящей поверхностью и сухими. С по-
...
мощью опускающегося поршня изделия можно для закалки быстро погрузить в масло, наполняющее ванну до уровня задней камеры. После закалки поддон вынимают, масло стекает, и изделия выгружают из печи через открытую заднюю дверь.
...
В других конструкциях вместо задней камеры имеется передняя камера. После цементации поддон с изделиями возвращают в эту камеру, гидравлический механизм (размещенный глубоко под уровнем пола) погружает поддон в масло под защитой газа, и изделия выгружают через эти входные дверцы.
...
В механизированных печах все механизмы, дверцы, транспортер и гидравлика имеют кнопочное управление. В систему механизации входят также контроль за температурой внутри печи и в ванне с маслом, перемешивание газовой среды вентилятором, установленным в своде печи, перемешивание масла в ванне, контроль точки росы атмосферы в печи и другое оборудование.
...
В печах применяют различные излучающие трубки. Для них очень важно, чтобы пламя горело по всей длине и было прямо направлено. Трубки старого типа (рис. 81) были и
...
Применяют прямые трубки излучения, в которых вначале образуется пламя при недостатке воздуха, а в удаленных местах при добавке вторичного воздуха возникает другое пламя. Для добавки вторичного воздуха применяют трубки, имеющие различное внутреннее сечение. Образованию вторичного пламени способствуют, например, узкие места в трубке (рис. 82). Трубки размещают под подиной или вертикально на стенке (рис. 83). При этом способе трубки можно легко заменять.
...
К печи или к батарее печей относится также устройство для получения цементующего газа. В печах этого типа часто применяют эндотермические атмосферы из природного или светильного (коксовального) газа; к ним добавляют 5—10% (по объему) свежего природного газа (метан), пропан или смесь пропана с бутаном для получения необходимого потенциала науглероживания. Станции для получения газа, являющиеся самостоятельными предприятиями, снабжены необходимым техническим оборудованием и измерительными приборами для контроля работы устройств.
...
сфер (например, газ, образуемый при расщеплении органических жидкостей, газ из древесно-угольного генератора с добавкой пропана или другие комбинации, описанные в предшествующих главах). Важно, чтобы газовая смесь была в равновесии с изделиями и не образовывалась сажа, возникновение которой приводит к нарушению процесса.
...
Некоторые камерные печи имеют съемный свод, изготовленный в виде крышки. В этом случае муфель уплотняют перемычкой, заполненной шамотным порошком и глиной; газ подают в муфель через трубку; другая трубка служит для отвода газа.
...
Оба вида муфельных иечей имеют недостатки: коробление и недостаточное уплотнение муфелей, затрудненную загрузку и выгрузку изделий и др. Поэтому печи этого типа не получили широкого распространения.
...
Большее значение имеют камерные кольцевые печи непрерывного действия. Среди «их есть лечи с отдельным муфелем и безмуфельные (отапливаемые излучающими трубками).
...
Муфельные проходные печи (кольцевые, непрерывного действия). В автомобильной и тракторной промышленности и в серийном машиностроительном производстве экономичными являются большие проходные печи (непрерывного действия) [32], [73], [82], [ПО]. Их начали применять перед второй мировой войной.
...
Печи такого типа получили распространение в Советском Союзе, США и других странах. Цементующий газ применяют с учетом местных условий: в Америке — природный газ в смеси с эндотермическим несущим газом, в СССР — пиролизный газ из керосина в смеси с крекинг-газом. Осаждению сажи на изделия препятствовало нагревание по зонам, благодаря чему сажа, образующаяся вначале при низкой температуре, затем сгорала по реакции, возникающей при повышенной температуре в центре муфеля (рис. 84, а и б).
...
Основной частью камерной печи длиной более 9 м является муфель из жароупорной стали (тип стали Ро1сЛ Ап10хуа
...
На концах муфеля устанавливают герметические клиновидные заслонки, отделяющие муфель от загрузочной и разгрузочной камер и от камеры для охлаждения изделий. Для предотвращения изгиба муфеля при термическом расширении один его конец располагают на подвижных роликах.
...
Муфель нагревают с обеих сторон газовыми горелками, расположенными в шахматном порядке; используют электрические нагреватели. Нагрев разделен на три зоны, в которых температура регулируется самостоятельно. Поддоны с деталями передвигаются в печи с помощью механических толкателей. Загрузочная камера, изготовленная из обычной листовой стали, снабжена подводом цементующего газа. После закрытия загрузочной камеры перед дверками зажигают горелки, с помощью которых задерживают поступление воздуха. Третья зона — камера для разгрузки изделий — может быть короткой с охлаждением изделий до температуры закалки либо длинной с охлаждением изделий на воздухе. В новейших печах в разгрузочной камере устанавливают стол с гидравлическим управлением, позволяющий погружать поддон в закалочную ванну в окружении защитной газовой среды.
...
При цементации в проходных печах изделия, уложенные (поставленные) в поддоны или подвешенные в клетях, подают с соседнего роликового транспортера к головке толкателя. После открытия одних герметических клиновидных затворов и внешней дверки в загрузочную камеру толкатель подает поддон в эту камеру, а все остальные поддоны соответственно передвигаются. При подаче в печь нового поддона обслуживающий персонал вынимает из печи поддон, подготовленный для закалки или охлажденный до температуры 600° С, и ставит его на стол для последующей операции. Это повторяется через каждые 20— 30 мин. Изделия проходят через печь 8—12 час. в зависимости от заданной глубины поверхностного слоя. Через печь одновременно проходят 24 поддона; каждый содержит 5—120 кг изделий. Производительность печи в час равна 200 кг изделий при глубине цементованного слоя 0,8—1,2 мм.
...
В печи с указанными размерами потребляется 4,5—4,6 мъ газа в час. Газ поступает в печь в начале муфеля и под небольшим давлением (около 10 мм вод. ст.) проходит с изде-
...
лиями к концу печи, где его избыток сгорает с воздухом в горелках. Первую зону печи нагревают до температуры 700—
...
800° С. При этой температуре на изделия выпадает сажа, так как железо служит катализатором. На стены муфеля, содержащие много никеля и хрома, сажа не выпадает. Во второй зоне, нагретой до температуры цементации 880—920° С, в результате реакции углерода с углекислым газом образуется окись углерода и происходит интенсивное науглероживание. В третьей зоне, где самая низкая температура, науглероживающее воздействие газа меньше и в слое получается равномерное распределение углерода под действием его диффузии в направлении к сердцевине. Камера для выгрузки изделий в отличие от передней загрузочной камеры выложена (футерована) шамотом и отделена от цементационной печи клиновидным затвором. Подстуживание деталей перед закалкой до температуры закалки 780—840° С производят в разгрузочной камере.
...
Недостатки печей с муфелями: высокая стоимость и потребление ценного металла — хрома и никеля. Поэтому строят и безмуфельные печи (рис. 85), нагреваемые U-образными или прямыми трубками излучения (горизонтальными или вертикальными). Преимущество этих печей по сравнению с муфельными — простота обслуживания. В них устанавливают вентиляторы для лучшей циркуляции газа. Безмуфельные печи часто строят двухрядными (рис. 86); почти при одинаковых затратах на строительство достигается
...
большая емкость этих печей по сравнению с однорядными. Часто применяют газ с точно исследованным потенциалом науглероживания. В соответствии с требованиями технологического процесса в различных зонах .печи поддерживают разную температуру.
...
В тыльной части печи температуру снижают для того, чтобы под защитой газа изделия можно было закаливать при заданной температуре в близко установленной ванне. Детали поступают в закалочные баки механически; при необходимости присоединяют камеру для охлаждения изделия без окисления.
...
Камерные проходные (непрерывного действия) печи допускают применение газа из различных источников, а также газов из разлагающихся органических жидкостей, которые распыляют в различных местах печи.
...
Большие проходные печи для цементации газом позволяют выпускать большое количество цементованных изделий. При эксплуатации этих печей не загрязняется цех; их можно устанавливать в непосредственной близости от конвейеров, благодаря чему перевозка изделий значительно сокращается.
...
Проходные печи экономичны при крупносерийном производстве и гарантируют цементацию более чем 150 — 200
...
Цементация в шахтных печах. Для газовой цементации пригодны шахтные печи, наиболее близкие по конструкции к шахтным печам для отпуска с циркуляцией воздуха или для азотирования. У рассматриваемых печей внутренняя камера отделена от пространства, в котором размещены электронагреватели. Печи различаются по способу отвода отработавших продуктов горения, по наличию герметичной крышки и вентилятора, приводящего внутреннюю газовую среду в движение.
...
В шахтных печах используют все виды цементующих газов, но наиболее часто в них образуется газовая смесь, полученная в результате распада жидкой цементующей среды. Этот процесс и соответствующие ему печи известны под названием «монокарб».
...
Крышка плотно прилегает к фланцу печи и имеет по окружности бурт, который входит в желобок, наполненный сыпучим материалом (затвором); она передвигается на поворотном плече вертикально и горизонтально. В крышке имеются трубки для подвода жидкости, для отвода отработавшего газа и отверстие, через которое вставляют и вынимают контрольные образцы.
...
В цементирующую установку, кроме печи, входит шахта для охлаждения (в виде ванны из стальных листов, выложенной изоляцией и снабженной крышкой; в шахту подводится светильный или генераторный газ для вытеснения воздуха), панель управления с арматурой, регистрирующими и регулирующими гальванометрами, насосом, ванночкой для жидкости и электрической аппаратурой печи.
...
Защиту отдельных мест деталей от цементации выполняют так же, как при цементации в твердом карбюризаторе или газе.
...
При загрузке деталей весом в несколько сот килограммов (включая подвесное приспособление) печь значительно охлаждается; поэтому требуется некоторое время, пока она нагреется снова. После этого насосом подают жидкость (при низкой температуре она недостаточно быстро разлагается, а это грозит взрывом) в небольшом количестве (за час в виде капель пускают в печь 250—300 см3).
...
Жидкость попадает на никелевую пластинку (катализатор), которая ускоряет разложение. Затем зажигают газ, выходящий из трубки в крышке (газ нахо
...
дится под незначительным давлением). Высота и окраска пламени являются очень хорошими показателями того, что в печи достаточное количество жидкости. Температура в печи повышается до 920° С, затем ее подъем прекращается; в дальнейшем в
...
слоя. Процесс протекает быстрее, чем при цементации в твердом карбюризаторе, но медленнее, чем при цементации в солях (рис. 90).
...
После окончания цементации выключают насос, приподнимают и отбрасывают крышку, и изделия с помощью крана переносят в охлаждающую шахту. Там они остывают до температуры около 400° С, и затем их оставляют на воздухе для дальнейшего охлаждения. Можно получить чистую поверхность на деталях, если наполнить охлаждающую шахту светильным или генераторным газом вместо воздуха.
...
Температуру закалки после цементации определяют маркой стали, формой и размерами детали. Это делают так же, как при цементации в соляной ванне.
...
. Детали охлаждают и подвергают одинарной или двойной закалке с промежуточным отпуском или без него либо переносят в печь, нагретую до необходимой закалочной температуры, и производят простую закалку. Если необходимо произвести обработку деталей, то для углеродистых и слабо легированных
...
сталей наиболее приемлема закалка, а для высоколегированных сталей — промежуточный отпуск, способствующий устранению остаточного аустенита.
...
Для достижения равномерной твердости поверхностного слоя закалочную среду (воду, масло, при изотермической закалке—• расплавленную соль) интенсивно размешивают погруженным смесительным вентилятором или перекачиванием содержимого ванны (масла).1
...
Для газовой цементации применяют шахтные печи и другой конструкции. Так, для цементации с помощью расщепляющейся органической жидкости используют печи с вентилятором в крышке.
...
Шахтные печи можно нагревать излучающими трубками (рис. 91); их выгоднее применять там, где есть дешевый источник газа. Эти печи конструктивно более сложны, а ремонт их дорог.
...
В шахтных печах применяют современные цементирующие смеси (как при цементации в камерных печах), например смеси светильного газа с метаном или пропаном.
...
Смесь подается на под шахтной печи и сжигается с помощью горелки под крышкой; кран горелки открывают так, чтобы газ, поступающий во внутреннюю полость печи, имел повышенное давление от 2 до 10 мм вод. ст.
...
По данным практики в Советском Союзе {10], печь нагревают до 950° С и затем загружают изделиями, после чего температуру снижают; на под печи насыпают 1—2 кг древесного угля и нагревание производят до 850° С. Затем подают газ и зажигают горелку; температура снова повышается до рабочей 930° С. В процессе цементации состав газа контролируют через каждые 1,5 часа с помощью анализатора.
...
После окончания цементации контрольные образцы закаливают точно так же, как при методе монокарб, а изделия оставляют для охлаждения в печи до 450° С. Перед этим при 700° С перекрывают кран горелки и подвод газа в печь значительно уменьшается.
...
Шахту для охлаждения по способу монокарб в данном случае не (применяют. Количество вводимого газа зависит от за-грузки изделий; для печи средней величины оно составляет 6 л/мин.
...
Подготовку деталей для цементации в газовой среде выполняют так же, как для цементации в твердом карбюризаторе. При этом способе также защищают слоем меди поверхность деталей, которая должна остаться мягкой; на деталях не должно быть остатков жира, ржавчины, лака и других загрязнений.
...
Во вводной главе упоминалось о цементации в расплавленных солях и указывалось, что расплавленные массы могут способствовать насыщению слоя некоторым количеством азота. При цементации газом также можно приготовить цементующие смеси, которые одновременно с углеродом будут насыщать поверхность стали азотом. В качестве примесей, пригодных для насыщения азотом, применяют аммиак (опыты с применением паров органических веществ, содержащих азот, не привели к практическим результатам).
...
Аммиак может быть частью науглероживающей атмосферы с концентрацией в сравнительно широких пределах. При температуре 500—700° С образуются стойкие нитриды, а углерод проникает в слой в небольшом количестве как элемент, способный образовать твердый раствор с азотистым аустенитом; в этой температурной области имеют перевес процессы, протекающие по диаграмме азота [62]. При температуре 700—900° С под влиянием азота процессы протекают по диаграмме углерода. Структура слоев и их особенности подобны цементованному слою.
...
Предполагали, что под влиянием науглероживающих смесей, содержащих аммиак в любом соотношении, и при непрерывном изменении температуры возникнут слои самого разнообразного характера — от полностью нитрированных до полностью цементованных.
...
В действительности же технические свойства слоев находятся в зависимости от температурных интервалов процесса цементации.
...
В интервале 500—600° С появляются слои нитрированного характера, в которых присутствующий углерод не влияет на свойства слоя, но влияет на глубину нитрирования. Эти слои без закалки оказываются твердыми (особенно в сталях, пригодных для нитрирования) и технически пригодными. Процессы, проходящие в указанном .интервале, относят к нитрированию. В советской терминологии этот процесс называют низкотем
...
Процессы, протекающие в интервале 600—700° С, придают слою после охлаждения хрупкость; большая вязкость может быть получена после закалки в масле; появляется значительная сопротивляемость слоев коррозии.
...
Наиболее интересны процессы, наблюдаемые в интервале 700—900° С. Здесь наступает одновременная диффузия углерода и азота: чем выше температура, тем меньше азота в слое. Процессы, происходящие в этой области температур, имеют большое техническое значение и носят название нитроцемен
...
Нитроцементация возможна при температуре, более низкой, чем для обычной цементации, так как азот расширяет в стали область у-фазы и тем самым снижает температуру Ас\. Под влиянием диффузии азота возникает обогащенный углеродом аустенит и при температуре ниже 723°С. Уже содержание 0,3% азота в слое снижает температуру Ас\ до 697° С, а при 0,6%
...
Одновременное воздействие углерода и азота на образование слоя
...
азота — до 680°С. В присутствии азота поверхность поддается диффузии углерода, а при одновременном воздействии азота и углерода и одинаковом времени процесса образуется более толстый слой, чем при обычной цементации газом в таких же условиях.
...
Практика показала, что слои, образованные при температуре 700—800° С технически мало приемлемы по сравнению со слоями, возникшими при более высокой температуре; они имеют слишком резкий переход между поверхностным слоем и сердцевиной и богаты азотом на поверхности. Такие слои очень хрупки, что снижает их ценность.
...
В современной практике нитроцементацию проводят при температуре 800—900° С, когда в течение сравнительно короткого времени образуются достаточно глубокие слои и с более выгодным распределением азота.
...
Нитроцементации можно подвергать каждую цементуемую сталь, но на практике ограничиваются применением углеродистой цементуемой стали, так как слой на этой стали получает под влиянием азота хорошую прокаливаемость, близкую к прокаливаемое™ низколегированных сталей.
...
О нитроцементации легированных сталей до сих пор мало известно. По немногим работам с легированной сталью [57] можно судить, что у хромистых сталей происходит интенсивное насыщение азотом с возникновением нитридов хрома, которые выделяются на границах аустенитного зерна и образуют хрупкий слой. Можно предположить, что азот повышает склонность легированной стали к образованию остаточного аустенита.
...
Нитроцементация может быть проведена и в газах; для нее используют все указанные выше газовые среды (даже очень богатые углеродом и образующие много сажи). Аммиак применяют для разбавления среды. Нитроцементующие среды состоят из смеси двух или трех частей цементующего газа и аммиака или из смеси цементующего и несущего газов и аммиака.
...
Обычно сжиганием приготовляют, например, эндотермический газ и к нему добавляют небольшое количество науглероживающего газа (пропана, бутана) и аммиака. Установлено, что лри добавке аммиака повышается потенциал науглероживания, поэтому примесь науглероживающего газа может быть меньше, чем при обычной цементации.
...
820 и 870° С, так как при ней рост толщины слоя почти такой же, как при цементации между 870 и 920° С, увеличение размера зерна и коробление являются сравнительно меньшими, слой насыщается азотом до благоприятного содержания в 0,3— 0,4%, а температура пригодна для закалки в масле.
...
Печи для нитроцементации практически не отличаются от печей для газовой цементации, за исключением, например, муфельных проходных печей; могут быть использованы для нитроцементации камерные печи, нагреваемые излучающими трубами, с загрузочной камерой, а также имеющие оборудование для закалки; шахтные печи, например, типа монокарб.
...
Смешивание и циркуляция газовой среды особенно пригодны для нитроцементации. Нужно иметь специальное приспособление, к которому присоединяют устройство для измерения и смешивания аммиака с газом. Для контроля наблюдают за количеством выходящего неразложенного аммиака (показатель правильно установленного потока газа).
...
Обслуживание цементующих и нитроцементующих печей практически одинаково. При нитроцементации (особенно для мелких деталей) применение непосредственной закалки в баке с маслом, присоединенном к печи, более важно, чем при обычной цементации.
...
Слой, полученный после нитроцементации, следует рассматривать как слой легированной стали, имеющий в основе сердцевину из обычной стали. Влияние азота в слое на его закалочные свойства показано на рис. 93, где изображены С-образ-ные кривые углеродистой стали. Мы видим, что азот значительно смещает эти кривые в сторону более продолжительных
...
промежутков времени, так же как легирование сталей. Благодаря этому нитроцементованный слой обычной углеродистой стали закаливается в масле, а нитроцементованный слой легированной стали может закаливаться и на воздухе.
...
На практике обычно детали закаливают в масле непосредственно с нитроцементующей температуры. Процесс экономичен при массовом производстве деталей простой и сложной формы. Для этого процесса пригодны особые камерные печи (либо проходные печи), в которых изделия свободно размещают в поддонах (применяют для деталей простой формы),
...
Рис. 93. Сравнение С-образных кривых цементованного слоя (слева) и нитро-цементованного слоя (в середине) с кривыми марганцевой стали (справа); первые две кривые по Пршеносилу [83].
...
подвешивают или укладывают на специальных подвесках (для деталей сложной формы); сердцевина получается мелкозернистой, слой малоперегретым, поверхность деталей чистая.
...
Второй процесс — простая закалка в случае снижения перед ней температуры до 810—830° С. Поверхность при этом получается высококачественная, чистая и твердая. Этот процесс применяют в проходных печах, где можно производить нагрев по зонам.
...
Отпуск после закалки имеет такое же значение, как и при цементации, так как уменьшается склонность к образованию шлифовочных трещин; его производят при 180° С в течение 1—2 час.
...
Обработку холодом применяют для слоев, содержащих большое количество остаточного аустенита, или для слоев, получающихся при низких температурах. Охлаждением до температуры —78° С (температура «сухого льда») достигается распадение значительной части аустенита.
...
Промежуточный отпуск целесообразно производить для высоколегированных сталей (хромоникельвольфрамовых), если их подвергают нитроцементации. В СССР нитроцементуют и ле-
...
/ — слой, содержащий 0,96% С и 0,31% N, нитроценментован при 860° С в течение 4,5 час; 2 — слой, содержащий 0,87% С и 0,63% N, ннтроцементован при 820° С в течение 6,5 час;
...
тированные стали [10]. Для промежуточного отпуска выбирают обычно температуру 580—650° С, в зависимости от марки стали; при этом достигается такая же твердость, как и для цементованных сталей.
...
Очень интересным явлением, которое впервые наблюдал Валентин [103], была темная сетка (рис. 96), расположенная по границам зерен и заметная только на нетравленом шлифе. Первоначально считали, что это выделившаяся избыточная фаза. Указанное явление подробно исследовал Пршеносил, установивший, что темная сетка представляет цепочку тонких трещин и появляется она только в тех случаях, когда слой содержит более 0,5% азота.
...
Рис. 97. Твердость нитроцементо-ванного слоя (0,87% С и 0,69% !М) перед охлаждением / и после охлаждения 2
...
При температуре 860° С возникает слой, более бедный азотом, который внешне напоминает слои, образующиеся при цементации в
...
При малом содержании углерода фаза, подобная цементиту, не образуется и склонность слоя к возникновению остаточного аустенита меньше [24], [87].
...
Вопрос износоустойчивости нитроцементованных слоев был исследован различными авторами, однако выводы пока сделать нельзя, принимая во внимание разнообразные условия возникновения слоев; кроме того, на износоустойчивость значительное влияние оказывает остаточный аустенит, количество которого не было учтено во многих работах.
...
Цементация и последующая закалка при изготовлении машиностроительных деталей, как правило, предшествуют окончательной обработке деталей. Только для 'изделий широкого потребления и для некоторых деталей цементация является заключительной операцией.
...
Кратко остановимся па заключительных операциях и рассмотрим обстоятельства, которые могут влиять на качество изделий.
...
Цементованные детали после закалки и отпуска загрязняются маслом или солью и маслом. Перед отправкой в цехи для дальнейшей обработки детали обезжиривают кипячением в ванне.
...
Иногда после закалки в соляных ваннах детали промывают только в горячей воде, так как в обезжиривающей ванне, содержащей щелочь, соли плохо растворяются. Это объясняется тем, что из растворимого хлористого бария образуется нерастворимый гидрат окиси бария и углекислый барий, пленки которого препятствуют растворению частиц соли. Обезжиривание в горячей воде несовершенно: с поверхности ванны постоянно удаляют масло и после этого детали обезжиривают в опилках. Поэтому за «вывариванием» следует иногда обезжиривание в некоторых специальных составах (например, РЗБ) или в растворе едкого натрия и соды.
...
На крупных заводах хорошо зарекомендовали себя автоматы; они обезжиривают изделия горячей водой под давлением, обмывают их горячей водой и высушивают на воздухе. Таким способом очищают детали, подлежащие шлифованию.
...
Детали, у которых подлежат шлифованию функционально важные рабочие поверхности, подвергают тщательной пескоструйной очистке, придающей им хороший внешний вид (особенно для запасных частей, инструментов и др.).
...
Детали (мелкие), для которых закалка — последняя операция, после обезжиривания полируют или очищают в
...
Для очистки и полировки используют различные барабаны или >колокола, соответственно требуемому виду изделия. Вначале производят очистку в опилках, чтобы устранить поверхностное загрязнение, затем — в опилках с добавкой наждака и, нако- ' нец, полировку в сухом виде в опилках или в кожаных обрезках с полированным крокусом либо в мыльном растворе между стальными шариками.
...
Часто термическую обработку не заканчивают закалкой и после нее производят отпуск. В зависимости от марки стали, полученной твердости, толщины слоя и степени науглерожива
...
ния устанавливают температуру и продолжительность отпуска. Температура отпуска колеблется между 150 и 180° С. Низкую температуру выбирают для стали, которая содержит никель и тонкий науглероживающий слой; высокую используют для хромистых сталей и сталей с глубоким науглероживанием. Отпуск при температуре 180°С приводит к уменьшению твердости от 2 до 3HRC (рис. 99).
...
производить нецелесообразно. Отпуск осуществляют либо в шахтных печах с циркуляцией воздуха, либо в ванне, наполненной маслом с большой вязкостью и достаточно высокой точкой воспламенения (обычно выше 300° С); ванну снабжают приспособлением для перемеши-
...
Масляную ванну нагревают газом или электрическими сопротивлениями. Ванна имеет хорошо изолированные двойные стенки; нагреватели сопротивления размещают на внутренних стенках. Температуру масла регулируют по ртутному термометру, погруженному в ванну. Если ванна снабжена смесителем, то в ней поддерживают равномерную температуру в пределах ± 5° С.
...
Изделия размещают в ванне на подвесках (крупные детали) и поддонах (мелкие детали) вручную или с помощью легкого электрического крана.
...
Для отпуска чаще применяют шахтные печи с циркуляцией воздуха. В эти печи загружают обезжиренные изделия и поддерживают равномерную температуру.
...
В некоторых случаях вместо местной защиты применяют местное смягчение [64] цементованного слоя. Целесообразность обеих операций приблизительно одинакова; однако местное смягчение менее совершенно, особенно для высоколегированных сталей.
...
Проще всего выполнить местное смягчение концевых частей, например, у валов. Такие места опускают в расплавленный свинец при нагревании почти до 600° С. Стали с большим содержанием никеля не опускают при температуре выше 570° С. Для того, чтобы резкое нагревание не способствовало образованию трещин, всю деталь непродолжительное время нагревают до 200° С. До необходимой температуры нагревают в основном слой, а не сердцевину, так как она может подвергнуться ненужному отпуску.
...
Для предотвращения образования хрупкости при отпуске никелевых, хромоникелевых или хромомарганцевых сталей рекомендуется сразу же охлаждать место отпуска в масле. Слой смягчается так, что деталь можно в этом месте обтачивать и сверлить. Нарезка защищает слой от разрушения при затягивании гайки.
...
Отпуск в расплавленной закалочной соли нельзя применять, так как после нагревания свыше температуры превращения Ас{ слой на легированных сталях, наоборот, становится твердым, так как снова происходит закалка.
...
Достигнуть смягчения на средних частях деталей несколько сложнее. Для цилиндрических деталей используют оборудование, применяемое для закалки пламенем. Вращающуюся деталь в месте смягчения плавно нагревают пламенем (поверхность нельзя нагревать до красного цвета). Для деталей сложной конфигурации применяют индукционный нагрев (это экономично). с
...
Правку деформированных деталей выполняют как операцию исправления деталей. Способ ее зависит, в основном, от формы детали, термической обработки (двойная закалка всегда увеличивает коробление), а также марки стали.
...
Правка цементованных деталей сложнее, чем правка закаленных инструментов, и требует особой последовательности операций. Цементованные детали нельзя, например, править ударами, так как трещины могут образоваться сразу или после шлифования. Цементованные детали рекомендуется править на прессах со стороны, противоположной прогибу. Для облегчения правки некоторые части деталей (особенно длинные) омедняют или дополнительно смягчают отпуском.
...
При индивидуальной правке крупные детали можно выравнивать в горячем состоянии после постепенного нагревания до 200° С в печах для отпуска (сушилке) или с помощью подвижного пламени паяльной лампы. При серийном производстве целесообразно тщательно исследовать деформацию деталей и затем предварительно их выравнивать или подвергать обработке так, чтобы после закалки достаточно было шлифования.
...
Шлифование цементованных деталей требует внимания, так как легко могут возникнуть нежелательные поверхностные трещины в виде сетки или параллельных, неравномерно удаленных одна от другой волосных трещин. Причины образования трещин при шлифовании различны. Трещины возникают вследствие
...
неправильного процесса цементации и термической обработки, а также неправильного и неосторожного шлифования.
...
Склонность к шлифовочным трещинам обычно имеют хромистые стали, резко науглероженные и имеющие глубокие слои (образованные при повышенной температуре или закаленные при высокой температуре), и детали, цементованные при переменной температуре. Во всех случаях склонностью к шлифовочным трещинам обладают слои, содержащие большое количество цементита в виде сетки и игл.
...
Вторая причина образования шлифовочных трещин — неправильный выбор скорости шлифования и недостаточное охлаждение.
...
При шлифовании цементованных деталей применяют мягкие шлифовальные круги (б, Н и /) из искусственного корунда (электрита). Для шлифа грубой обработки выбирают зерно средней величины (36—50) и для тонкого шлифования зерно 60—80. Лучше применять большие скорости при небольшом врезывании и большой подаче. Слишком твердые круги «сгорают», малая скорость, по Гийе [7], ведет к образованию шлифовочных трещин.
...
Важный технологический фактор — правильное-охлаждение деталей. Для охлаждения используют очень разжиженную (I
...
Иногда для цементации используют стали, содержащие 0,3—0,4% углерода (некоторые автоматные стали, а также стали, служащие для непосредственной закалки зубчатых колес в масле или на воздухе). В Чехословакии — это стали 11500 12030, 12031, 12040, 12041, автоматная сталь 11125 и закаливающиеся стали 15241, 16341, 16640.
...
Стали с большим содержанием углерода, как правило, це ментуют только в соляных ваннах и изредка >в газовых средах; глубокого цементования не производят — достаточны слои толщиной 0,05—0,2 мм. У автоматных сталей повышается поверхностная прочность деталей, предназначенных для частых смен при демонтажах; для зубчатых колес, подвергнутых прямой закалке, цементованный слой повышает сопротивление поверхности образованию точечных выкрошиваний (так называемых «питтингов») на боковой части зубьев; считают, что питтпнги возникают от усталости металла.
...
При получении тонкого слоя детали цементуют готовыми (шлифованными или обработанными). Температура цементации соответствует температуре закалки (равна 860° С). Для получения тонких слоев продолжительность цементации 20—30 мин в ванне СЗ или С5.
...
Детали можно закаливать непосредственно из ванны. Высокую температуру цементации выбирают реже для быстрого до стижения большой глубины.
...
На рис. 100 показаны примеры определения глубины слоя в зависимости от содержания углерода (для 0,10% и 0,28% С). В
...
ЦЕМЕНТАЦИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ СТАЛЕЙ, ЧУГУНА И МЕТАЛЛОВ
...
1,57 мм. В этом случае детали после охлаждения снова нагревают до необходимой температуры закалки. В качестве закалочной среды применяют масло или воздух.
...
В особых случаях детали цементуют с целью улучшения. Для закалки детали нагревают в соляной цементующей ванне СЗ и выдерживают в ней до тех пор, пока не образуется необходимый слой. Затем их закаливают и отпускают обычным способом.
...
При повышении содержания углерода на поверхности у некоторых высоколегированных сталей может образоваться после закалки остаточный аустенит; вследствие разложения его при отпуске вторичная твердость слоя будет во много раз тверже сердцевины. Так повышают не только сопротивляемость трению, но и частично сопротивляемость усталости.
...
Если для цементации легированных сталей, содержащих 0,3% С, применяют соляные ванны, соответствующие примерно ванне С5 при температуре 800—840° С, то слой обогащается азотом (около 0,2%); происходит цианирование. При проведении его за 10—90 мин. толщина слоя достигает 0,05—0,25 мм. Детали закаливают в масле. Этим способом часто цементуют зубчатые колеса автомобильных коробок скоростей, изготовляемые из легированных сталей [67а].
...
Цементация хромоникелевых нержавеющих сталей нецелесообразна, так как при насыщении поверхности стали углеродом образуются карбиды хрома, обедняющие основную массу стали и ускоряющие процесс коррозии. Аллен и Вудард [16] описали особый способ цементации, который представляет скорее чисто технический интерес. По этому способу сталь вначале отжигают в водороде для увеличения энергетической поверхности краев зерен, а затем ее цементуют при 1060° С в
...
Термическая обработка не влияет на поверхностную твердость, которая зависит только от плотности и количества присутствующих карбидов. По существу происходит термическая обработка сердцевины стали при обычном быстром охлаждении с температуры цементации.
...
Так как в слое увеличивается количество карбидов, то сопротивление коррозии уменьшается. Процесс практически трудно выполним.
...
Возможна цементация хромистых нержавеющих сталей, содержащих 13—17% хрома и небольшое количество углерода, так как ферритная сталь при высокой температуре под влиянием углерода переходит в аустенитную. Для этого необходимо применять свежие обожженные древесные угли, свободные от кислорода, способствующего окислению поверхности стали. Для цементации приемлема температура 920—940° С, а время цементации должно быть минимум 6 час. Сталь закаливается с 1020° С в масле и оказывает сопротивление коррозии только в закаленном состоянии [106].
...
Белый ковкий чугун (особенно чугунные изделия с тонкими стенками, которые не содержат в сердцевине перлита) можно без особых усилий цементовать всеми способами так же, как изделия из мягкой стали. Рабочие поверхности, подлежащие цементации, обрабатывают. Цементацию производят преимущественно в
...
Цементуются и детали из серого чугуна [40]. Чисто обработанные чугунные детали подвергают в течение нескольких часов действию соляной ванны СЗ при 730° С. При указанной температуре основная масса перлитного чугуна находится в аустенит-ном состоянии и
...
Одновременное проникновение азота и углерода способствует образованию тонкого твердого слоя, содержащего цементит, который в
...
Интересный способ повышения твердости и сопротивления трению посредством покрытия хромом предлагают Архаров и Конев [20]. Они рекомендуют цементовать детали, покрытые слоем хрома толщиной не менее 0,04 мм, при температуре 1050°С в смеси паров бензина с водородом; в поверхностном слое 'образуется твердый карбид, оказывающий сопротивление трению при высокой температуре.
...
В Польше исследовали цементацию в метилалкоголе с помощью высокочастотного нагрева. Около детали образуется облачко паров алкоголя, которые оказывают такое же воздействие на раскаленную поверхность, как цементующий газ.
...
Для некоторых процессов применяют особые комбинации. Так, Кобел [61] описывает, что цементацию газом вначале производят до высокого содержания углерода в слое (высокий потенциал). Затем уменьшают содержание углерода в слое до требуемого (например, 0,75—0,90% С). Благодаря этому процесс цементации значительно ускоряется.
...
Маутнер (рационализаторское предложение в национальном предприятии Моторпал) рекомендует цементовать детали на достаточную глубину в соляной ванне при температуре 930° С, а затем перенести их в ванну для цианирования, которое производится при температуре 840° С. После этого детали вынимают из ванны и
...
Колеса из стали 18ХГТ и ЗОХГТ нагревают индукционным током средней частоты 2500 пер/сек (такая же частота используется при кузнечном нагреве) и производят газовую цементацию. Для получения требуемого слоя толщиной от 0,8 до 1,0 мм в короткое время температуру повышают до 1080° С. Цементация продолжается 45—50 мин.
...
Красный, на основании своего опыта [67а], описывает сложный автомат, в котором зубчатые колеса механически передвигаются в нижней части до перпендикулярного барабана, где остаются в нагретом состоянии, соприкасаясь некоторое время с цементующим газом. Затем поданное снизу цементованное зубчатое колесо через верхнюю часть сбрасывается на тарелку, которая вместе с колесом погружается в масляную ванну. Сталь, цементованная при высокой температуре, становится несколько грубой, но не теряет своих свойств. За один час обрабатывается от 20 до 40 колес.
...
Кроме упомянутого автомата, существует автомат, в котором после проведения цементации охлажденные колеса вместо закалки индукционным нагревом подвергают отпуску, позволяющему выполнить механическую обработку. Устройство очень производительно, и расходы по сравнению с газовой цементацией в проходной печи вдвое меньше.
...
Цементация немыслима без постоянного и точного контроля качества цементованных слоев. По результатам контроля слоя устанавливают недостатки цементации и применяемых средств. Ниже приведены способы оценки качества слоя.
...
Состав слоя. В предшествующих главах рассматривались вопросы о содержании углерода на поверхности стали и в слое и о характере кривой распределения углерода. Были разобраны условия для процессов, при которых происходит обогащение азотам. По распределению обоих элементов можно оценить технологический процесс.
...
Данные о составе слоя дает кривая, одновременно отображающая градиент концентрации углерода или азота. Для определения состава слоя с поверхности контрольного призматического образца последовательно отбирают стружки по слоям толщиной 0,05 — 0,1 мм при постоянном измерении образца, а затем стружки подвергают анализу. Снятие стружки производят острым карбидным резцом. На круглых образцах стружку снимают также карбидным резцом на токарном станке.
...
Для точных чувствительных методов микроанализа (потен-циометрическое определение количества углерода после сжигания, дистилляционное определение количества азота) достаточно около 0,05 г стружек с богатого поверхностного слоя или 0,1 г из средней и нижней части слоя. По результатам среднего химического анализа каждого слоя строят график.
...
В практике эту продолжительную и трудоемкую работу проводят изредка (в случае научного исследования процесса или при введении новой технологии). Представление о градиенте концентрации углерода во много раз быстрее (но менее точно) дает металлографическое исследование испытываемых образцов и соответствующий снимок [53]. В этом случае также применяют особые опытные образцы призматической или цилиндрической
...
Структура слоя. Для металлографического исследования слоев используют образцы, охлажденные после цементации или нормализованные (при температуре нормализации сердцевины) для получения отчетливого пластинчатого перлита. Опытные образцы после закалки не дают представления о распределении углерода в слое, так же как и образцы, подвергнутые отпуску при температуре около Ас\.
...
Рис. 101. Сетка цементита в свободно охлажденном слое после травления в спиртовом растворе пикриновой кислоты (X
...
После нормализации, а потом после соответствующей обработки, известной из металлографической практики,1 образцы протравливают различными пригодными для нормализованной стали средствами — спиртовым раствором азотной кислоты (5 мл концентрированного раствора азотной кислоты в 95 мл этилового или метилового спирта), раствором пикриновой кислоты в спирте (5 г
...
Слой рассматривают визуально и при 70—100-кратном увеличении и более детально при увеличении в 400 раз. Пригодно электролитическое травление, при котором хорошо различаются перлит и феррит.
...
Цементит не протравливается; он представляет собой светлые участки в виде зерен или сетки (рис. 101). Подготовленный
...
образец позволяет при небольшом увеличении хорошо различить объем перлитной части слоя, а также определить уменьшение содержания углерода в направлении к сердцевине.
...
Для закаленной стали определяют количество мартенсита, распределение цементита и присутствие остаточного аустенита. Так как слой протравливается интенсивнее сердцевины, то в качестве реактива используют раствор азотной кислоты в спирте (иногда разведен половинным количеством спирта).
...
свободного аустенита. При большой опытности можно определить нитриды фазы е и карбонитриды. В закаленном состоянии труднее выявляется присутствие свободного цементита и поэтому можно применить некоторые -из известных способов дифференцированного травления (например, спиртовым раствором пикрата натрия в горячем состоянии), в результате которого цементит и Н'Итридные е-
...
Для макроскопического исследования (особенно толщины слоя) или для оценки результатов защиты применяют полированные шлифы (их необязательно подготавливать с большой тщательностью), протравленные в спиртовом растворе азотной или пикриновой кислоты. После подготовки образца невооруженным глазом или в измерительный микроскоп слой виден темным (особенно отчетливо различается переход слоя к сердцевине).
...
Фрактография слоев — самый старый практический метод для оценки качества цементации. У закаленных деталей по излому оценивают мелкозернистость слоя и сердцевины; опытный цеховой сотрудник распознает отклонения от нормальной температуры закалки. Излом можно рассматривать невооруженным глазом или с помощью лупы, увеличивающей в 10 раз. По излому весьма быстро определяют толщину слоя в случае, если образец закаливают так, чтобы слой достаточно отличался от
...
сердцевины. Иногда образец закаливают с высокой температуры, при которой сердцевина приобретает тонкий бархатистый излом, а слой становится крупнозернистым.
...
Закалку производят при 900°С или при температуре цементации. Иногда отдают предпочтение другому способу: после охлаждения цементованного образца производят закалку при температуре 770° С; получается мелкозернистый слой, а сердцевина при этом имеет крупнозернистое строение (рис. 103).
...
Деформация при изломе искажает структуру и фактическую толщину слоя, так как зерно проявляется то со стороны растяжения, то со стороны сжатия. Это предупреждают надрезом кромок перед испытанием образца. С помощью измерительной лупы измеряют по излому толщину слоя, как описано ниже.
...
По излому также определяют наличие шлифовочных трещин. Эти трещины (в отличие от трещин другого происхождения) на отдельных участках окрашиваются цветами отпуска.
...
Толщина слоя при цементации является важным показателем производственного процесса. Ее указывают на рабочем чертеже или технологической карте с допуском: для тонких слоев ±0,1 мм; для слоев толщиной 0,5 -ь
...
Если требуется точное соблюдение толщины, как это предписывается в особых приемочных условиях, то выбирают метод, с помощью которого определяют толщину; абсолютного и точного метода определения толщины цементованного слоя не существует. На практике применяют несколько различных способов.
...
При фрактографическом способе определяют толщину слоя на поверхности излома детали или испытуемого образца. Для этого закаливают образец от температуры 770° С, надрезают его по месту намеченного излома, чтобы он не очень деформировался, и ломают образец. По Гийе [7], слой на изломе можно отчетливо выявить, применив некоторые из известных реактивов, содержащих медь; для макроскопического травления, например реактив Стеада, реактив Обергофера (100 мл спирта, 18 мл воды, 1 мл соляной кислоты, 1 г кристаллизованной хлористой меди, 4 г кристаллизованного хлористого магния). Феррит быстро покрывается медью, а мартенсит и аустенит во много раз медленнее. Более четкое различие по цвету между указанными фазами достигается отпуском при температуре, соответствующей светло-синему цвету побежалости. Фрактографи-ческое распознавание не является точным для высоколегированных сталей.
...
Травление шлифа применяют для непосредственного определения толщины закаленных слоев. На тонко шлифованном или полированном шлифе можно отличить слой от сердцевины травлением в спиртовом растворе азотной кислоты, которая интенсивно окрашивает слой в темный цвет, особенно переход от слоя к сердцевине. Для простого измерения толщины шлиф достаточно обработать наждачным полотном с зерном 0 или 00. Нормализованные образцы измеряют достаточно точно с помощью окуляр-микрометра при небольшом увеличении: за окончание слоя принимают место перехода, отличающееся несколько большим количеством перлита, чем в самой сердцевине. Согласно данным некоторых авторов, за окончание слоя принимают сере-
...
дйну между концом чисто перлитной зоны и началом структуры сердцевины (рис. 104). Способ пригоден и для легированных сталей.
...
Толщину слоя определяют химическим анализом. С помощью способа, приведенного в предыдущем параграфе, вычерчивают
...
кривую содержания углерода в слое. Так как технически невозможно отделить бесконечно^ тонкие слои один от другого, то кривая содержания углерода точно не совпадает с прямой, которая соответствует содержанию углерода в сердцевине. Поэтому Гаррис [9] рекомендует за окончание слоя принимать точку пересечения горизонтальной прямой, кото-Рис. 105. Определение толщин слоя
...
магнитные способы, основанные на различных магнитных свойствах феррита и .мартенсита [43] или на разнице при измерении твердости с помощью шарика или алмазного конуса (7] при различной нагрузке. Эти способы не вошли в практику из-за недостаточной точности.
...
Для определения глубины слоя измерением твердости был сконструирован прибор «тестограф». На тестографе можно начертить кривую зависимости между нагрузкой алмазного острия и глубиной вдавливания до нагрузки 1000
...
Для закаленного образца кривая имеет плавный характер, для цементованного — на кривой проявляется резкое падение, полученное при входе острия прибора в
...
Физические свойства цементованного слоя тождественны физическим свойствам углеродистой стали с соответствующим содержанием углерода. Некоторые свойства слоя, отличающиеся от свойств сердцевины (удельный вес, термическое расширение, удельная теплопроводность, удельная теплота, электропроводность или магнитные свойства), не могут влиять на свойства всей детали, так как слой имеет небольшую толщину.
...
В противоположность этому механические свойства слоя (твердость, прочность, пластичность, вязкость слоя и др.) изменяют свойства всего изделия.
...
Твердость. Поверхностная твердость цементованных слоев— это твердость углеродистой стали с соответствующим содержанием углерода. Она определяется твердостью эвтектоидного мартенсита, и увеличение содержания углерода не изменяет ее. Теоретически на поверхностную твердость не должно влиять даже содержание легирующих элементов, но на практике так не бывает; легирующие элементы оказывают влияние на поверхностную твердость благодаря тому, что способствуют сохранению части остаточного аустенита в структуре слоя. При отсутствии остаточного аустенита твердость нормально закаленных слоев составила бы 64 — 66НЯС.
...
Распределение твердости в слое зависит от распределения углерода. От поверхности почти до конца эвтектоидной зоны твердость остается 'постоянно одинаковой ц затем быстро падает по направлению к сердцевине. Поэтому кривые твердости можно применить для определения толщины слоя. При этом за точку, показывающую толщину слоя, принимают точку пересечения кривой твердости слоя с прямой твердости сердцевины, проходящей параллельно оси абсцисс (подобно рис. 105).
...
вают с помощью приборов с алмазными остриями; часто применяют приборы с алмазным конусом, с помощью которых измеряют твердость по Роквеллу (HRC),
...
Для нанесения кривой твердости пригодны только приборы с алмазной пирамидой и с очень небольшой нагрузкой, не выше 1 кг. Для построения этой кривой, относящейся к поперечному разрезу слоя, используют приборы для измерения микротвердости с
...
Первое вдавливание производят на относительно большом расстоянии от края для того, чтобы край не отщепился. Началом кривой выбирают поверхностную твердость, определенную
...

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