Цементация стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

часть будет иметь структуру мелкоигольчатого мартенсита, а заэвтектоидная — будет состоять из смеси крупноигольчатого мартенсита и остаточного аустенита.
...
При заиалке от температуры В, которая лежит выше эвтек-тоидной линии, часть слоя у сердцевины, только частично закаленная, состоит из смеси феррита и мартенсита, а в эвтек-
...
тоидной зоне будет мелкоигольчатый мартенсит, который распространится в слое почти до поверхности; вблизи поверхности к этой структуре добавится цементит в виде зернышек или в виде сетки.
...
Цементация является не только операцией химико-термической обработки деталей, но и химическим процессом. Перед диффузией углерода или азота в цементующей среде происходят химические явления, которые описаны в этом параграфе.
...
Це-ментация в твердых карбюризаторах, даже когда их важнейшей частью является элементарный углерод, неэффективна, так как углерод в виде угля или сажи не вызывает интенсивного науглероживания поверхности. Это известно давно.
...
Некоторые авторы стремились теоретически объяснить химизм явления. Ниже освещены основные вопросы, связанные с процессом цементации в твердых карбюризаторах.
...
В 1851 г. развернулась творческая дискуссия о сущности химизма цементации. В ней участвовали химики Карон, Де Фреми и Марчеритт. Карон придавал большое значение присутствию азота при цементации, определил роль щелочных солей и солей щелочных металлов и первый предложил классический состав карбюризатора из трех частей древесного угля и одной части углекислого бария. Де Фреми подчеркнул одновременное действие азота и углерода, а Марчеритт подтвердил значение окиси углерода при цементации. Во время дискуссии, продолжавшейся почти 15 лет, многое уточнялось, но ряд вопросов остался невыясненным. Представляет интерес высказанное тогда мнение об одновременном влиянии азота и углерода, которое лучше объяснено современными исследованиями в области нитроцементации.
...
Внимание было уделено также следующему вопросу. Только ли древесные угли могут обеспечить процесс цементации и при каких условиях? Гийе установил, что в цементационном ящике, из которого удален воздух, сталь, упакованная в твердом углероде, при нагреве не цементуется. Эти результаты были опровергнуты экспериментами Ледебура [70], который провел цементацию в герметически закупоренном цементационном ящике. Гийе проверял свою работу еще два раза и получил результаты, аналогичные полученным ранее. Джиолитти и Шарпи подтвердили, что для успешного переноса углерода при цементации необходимо небольшое количество кислорода, который остается в ящике и в порах угля. Было принято, что при цементации взаимодействие между кислородом и углеродом происходит по уравнениям:
...
Это не означает, что при достаточно плотном соприкосновении углерода с железом диффузии не произойдет. Было выяснено, что углерод из чугунной пластинки может способствовать цементации железа и в вакууме (Белл в дискуссии с Робертс-Аустеном) и что порошок углерода, нанесенный под давлением на стальную пластинку в вакууме, способствует цементации. Это подтвердил, наконец, и Гийе [48].
...
2. Известные цементующие присадки можно разделить на следующие: добавки, сильно действующие при цементации, — углекислые литий, натрий, калий, барий и титан; добавка, медленно действующая, — углекислый стронций; добавки нейтральные— углекислый кальций, углемагниевая и углемарганцевая соли и присадки, замедляющие процесс (хлориды и сульфаты щелочных металлов).
...
Фешенко-Чаповский первым сформулировал основные принципы современной цементации и азотирования: при высоких температурах происходит цементация, а при низких — азотирование. Он же объяснил роль углекислого бария в составе твердой цементующей среды.
...
Углекислый барий под влиянием температуры распадается очень медленно даже при 1000° С. Давление его диссоциации составляет только 5 мм, а полная диссоциация наступает при 1600° С. Однако в присутствии углерода температура диссоциации углекислого бария снижается и уже при 900° С он легко распадается по реакции
...
Образуется достаточное количество окиси углерода. Все реакции при цементации в твердом карбюризаторе можно в совокупности написать следующим образом:
...
Отсюда видно, что в процессе реакции углекислый барий обновляется и углерод из древесного угля переносится к поверхности стали как углерод, находяшийся в атомарном состоянии. Приведенное толкование принято и сейчас как самое вероятное1. Данные табл. 3 показывают, почему углекислый барий из доступных углекислых солей является наиболее эффективным. В табл. 3 приводится давление диссоциации различных углекислых солей при 900° С. Углекислый барий имеет самое низкое давление диссоциации, в то время как давление диссоциации углекислого кальция является наибольшим. Углекислый барий остается самой эффективной и проверенной на практике при-% садкой в твердых карбюризаторах.
...
Давление диссоциации двуокиси углерода при 900° С [10]
...
лород при температуре расплавленной соли, реагируя с цианидом, образует цианат. Для предотвращения образования большого количества цианата рекомендуется покрывать поверхность ванны чешуйчатым графитом. Ход реакции окисления следующий:
...
При этом возникают окись углерода и цианат. Окись углерода обладает способностью науглероживать сталь по реакции (2).
...
Полученный активный атомарный азот может насыщать сталь. Эта реакция указывает на способность цианата науглероживать и азотировать стали.
...
Из приведенных формул видно, что состав ванны истощается за счет потери цианида и возрастания содержания соды. Процесс протекает непрерывно при загруженной или незагруженной материалом ванне; состав ее при нагреве постепенно истощается.
...
Кроме ванн с цианидом натрия, применяют, особенно в СССР и Польше, ванны с цианидом кальция или с цианамидом кальция. В этих ваннах насыщение стали углеродом и азотом протекает по следующим реакциям
...
Цианид кальция, с одной стороны, может распадаться на цианамид и свободный углерод, а с другой — может временно окисляться в цианат, который из-за своей неустойчивости распадается на окись кальция, окись углерода и активный азот в атомарном состоянии.
...
небольшое значение, так как окись углерода обладает незначительной науглероживающей способностью; процесс цементации протекает медленно и при малом насыщении углеродом; в цементирующей газовой среде постоянно требуется избыток СО, чтобы реакция проходила главным образом слева направо. Реакция
...
Это основная реакция при газовой цементации. Высшие углеводороды, например С2Н6 (этан) и С3Н8 .(пропан), при нагревании диссоциируют на метан, водород и углерод (по реакции СгНб—>
...
ментации, потому что в а-железе растворяется не более 0,025% углерода. Даже в малоуглеродистой цементуемой стали, содержащей 0,08% углерода, феррит насыщается углеродом. Углерод, образуя незначительное количество перлита, при температуре выше Aci
...
Из сказанного следует, что при пониженной температуре, когда подвижность атомов в кристаллической решетке мала, диффузия протекает с трудом. Об этом же свидетельствует изменение коэффициента диффузии в направлении к температуре 800° С (см. табл. 2). Диффузия углерода при таких температурных условиях ограничивается тонким поверхностным слоем, граница между цементованным слоем и сердцевиной довольно резкая и после закалки возможно откалывание слоя. Между температурами 800 и 900° С лежит область температур, наиболее выгодных для цементации. В ней можно установить преимущество температур между 800 и 850° С. Из рис. 14 видно, что науглероживание при этих температурах протекает медленно. Иногда желательно получить тонкий и достаточно резко ограниченный слой или необходимо избежать большой деформации изделия при цементации. Однако такие требования в практике встречаются редко.
...
Интервал температур 850—900° С эффективен для цементации легированных и углеродистых сталей, когда слой получает требуемые свойства, а сердцевина не подвергается воздействию высокой температуры.
...
Что происходит при температурах выше 900° С? Эти температуры для некоторых сталей связаны с опасностью роста зерна, хотя из диаграммы Бейна (рис. 15) известно, что у мелкозернистых сталей быстрый рост зерна наступает при температуре около 1000° С. Обычно цементацию при температурах свыше 900° С производят только в соляных ваннах и в газовой среде, где нагрев может быть кратковременным. В твердом карбюризаторе цементуют стали, зная, что они не имеют склонности к интенсивному росту зерна.
...
Верхнюю границу температуры обычно принимают равной 950° С. Выше этой температуры цементацию производят только в отдельных случаях; к таким случаям относят цементацию из-
...
делий, для которых требуется глубокий слой (толщиной в несколько миллиметров) или когда цементацию производят с использованием кратковременного индукционного нагрева (см. гл. IX, § 6).
...
Однако при повышении температуры цементации трудно сохранить чистоту поверхности, так как возникает опасность появления раковин и вытравленных мест на обрабатываемых поверхностях. Не следует пренебрегать выгодой, связанной с применением более высокой температуры: высокотемпературная
...
1 — иементовано в течение 10 час. в карбюризаторе из древесного угля с добавкой 40% углекислого бария;
...
Цементацию, как указывалось ранее, производят в интервале температур 850—950°С. Во время цементации не допускают колебаний температуры.
...
Колебание температуры способствует выделению цементита (иногда в виде сетки). Это можно представить таким образом. При понижении температуры до температуры ниже Асх из области твердого раствора начинают выделяться зернышки цементита как кристаллические зародыши. При повышении температуры выше Аст ранее выделившийся цементит не успевает полностью раствориться; он способствует дальнейшему насыщению твердого раствора углеродом.
...
Продолжительность процесса цементации. Из сказанного ранее о диффузии вытекает, что наряду с температурой важным фактором является продолжительность процесса. Толщина слоя также зависит от температуры и продолжительности процесса, хотя влиянием состава карбюризатора не следует пренебрегать. В обычно применяемых способах цементации температура и продолжительность процесса являются главными факторами.
...
На диаграммах (рис. 14 и 16) зависимость глубины слоя от температуры и продолжительности цементации отчетливо видна (даже при классическом способе це
...
Следовательно, толщину цементуемого слоя можно регулировать с помощью температуры и продолжительности процесса, сообразуясь с технико-экономическими требованиями. Непрерывность же процессов цементации значительно улучшает экономику производства. Продолжительность процес
...
Рис. 16. Влияние продолжительности выдержки йа толщину слоя при цементации в твердом карбюризаторе [7] (температура цементации 1000° С).
...
на положение критических точек диаграммы железо — углерод и, с другой,— влиянием этих элементов на коэффициент диффузии углерода в стали.
...
Хром сужает область у, но его воздействие резко проявляется только при содержании в стали свыше 5%, когда эвтек-тоидная точка по концентрации переместится к 0,5% С и по температуре повысится приблизительно до 800° С. Температура превращения а —> у (при нагревании) у стали с содержанием 0,1% С и при таком высоком проценте хрома снизится примерно до 870° С. Кривая растворимости углерода в у-фазе переместится далеко влево, что при значительной активности хрома по отношению к углероду является предпосылкой для возникновения карбидов из твердого раствора при цементации (карбиды типа Ре3С, Сг3С, Ре7С3 и Сг7С3). При содержании хрома в обычной цементованной стали до 1,5%
...
Несколько иначе происходит процесс науглероживания у хромистых сталей, которые при тех же условиях (температура, карбюризатор, продолжительность) цементуются более интенсивно, чем углеродистые, но это науглероживание сопровождается возникновением большого количества карбидов.
...
Подробных сведений о величине коэффициента диффузии углерода в хромистую сталь не имеется; из практических опытов, приведенных в литературе [95], можно судить, что при
...
По поведению молибдена и вольфрама можно установить, что хром, подобно этим элементам, снижает коэффициент диффузии.
...
Никель, наоборот, расширяет область у. Даже при обычном содержании никеля в цементуемых сталях, на это явление необходимо обратить
...
ля эвтектоидная точка перемещается по концентрации влево почти до 0,7% и по температуре — вциз примерно до 680—700° С. При содержании 4% никеля эта точка сдвигается почти до 0,6% и по температуре — до
...
Марганец влияет подобно никелю. Содержание марганца в цементуемых сталях не превышает 2%, при этом температура Ас3 снижается почти до 850°С и температура Ас\ — до 700° С, эвтектоидная точка сдвигается по содержанию углерода до 0,7%. Марганец также не влияет на величину коэффициента диффузии при обычных температурах.
...
В сталях, содержащих никель и хром или марганец и хром, количество хрома обычно бывает таким, что он не влияет на действие никеля или марганца. Поэтому сложнолегированные стали имеют более высокую твердость и твердую сердцевину, чем никелевые стали, и сохраняют все достоинства последних. Небольшое количество молибдена, вводимое в американские стали, а в некоторых случаях и в стали, изготовляемые в Чехословакии, повышает их ударную вязкость и прокаливаемость и ограничивает склонность к росту зерна при высоких температурах.
...
Легирующие элементы, улучшая прокаливаемость цементуемой стали, сообщают цементованному слою способность к повышению прокаливаемое™. Влияние науглероживающей среды на прокаливаемость сказывается только в случае, когда одновременно с углеродом на сталь воздействует азот. Это обычно проявляется при нитроцементации.
...
К цементуемым относят стали, состав которых позволяет легко производить насыщение их поверхности углеродом. Поверхность этих сталей после закалки приобретает твердость, а сердцевина остается достаточно вязкой. Стали, содержащие около 0,25% углерода с небольшим количеством легирующих элементов, цементуются легко; высокое содержание легирующих элементов может препятствовать диффузии углерода.
...
Цементуемые стали бывают углеродистыми или легированными. По качеству цементуемые стали делятся на обыкно
...
Для обзорного описания и классификации цементуемых сталей примем Чехословацкий Государственный Стандарт (СБЫ) 420075. По стандарту стали делят на десять классов. Стали, пригодные для цементации, входят в классы 10, 11, 12, 14, 15 и 16.
...
К классам 10 и И принадлежат углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества, у которых химический состав не проверяется; класс 12 включает углеродистые качественные конструкционные стали; класс 14 — легированные конструкционные стали, содержащие хром и марганец; класс 15 — стали, которые наряду с хромом содержат молибден и ванадий; и класс 16 — стали, содержащие никель или никель совместно с хромом или другим элементом.
...
Цементуемые стали для изготовления инструментов, имеющие одинаковое строение с конструкционными сталями, по С^Ы 420075 отмечают буквой Р.
...
Кроме указанных основных групп цементуемых сталей, часто подвергают цементации автоматные стали и стали других марок, например, закаливаемые для зубчатых колес, стальные отливки, ковкий чугун с глубоко обезуглероженной поверхностью.
...
Стали класса 10. Из сталей этого класса можно цементовать стали, у которых после цифры 10 следует двузначное число 00, 34, 37 или 45. Эти стали не имеют гарантированных качеств и сердцевина их после закалки может быть очень неоднородной; содержание фосфора и серы в стали, ухудшающих ее вязкость, в этом классе довольно высокое (0,11% у мартеновской и почти 0,13% у томасовской стали). На надежность их цементации неблагоприятно влияет то обстоятельство, что эти стали, как правило, кипящие. Процессы плавки их не обеспечивают доброкачественной цементации. Поэтому стали класса 10 можно подвергать цементации выборочно после предварительных опытов. С помощью цементации у деталей можно только повысить сопротивление трению. Обзор сталей классов 11 и 12 приведен в табл. 4.
...
Стали класса 11 (табл. 4) удовлетворяют более высоким требованиям. Подвергать их цементации можно при условии, если после 11 следуют двузначные числа 34, 35, 37 и 42. Плавка этих сталей бывает спокойной и кипящей. Цементацию спокойных сталей производят успешно. Для кипящих сталей результаты могут быть ненадежны. Только марки с цифрой 5 на конце, например 11375 н 11425, имеют лучшие предпосылки для цементации.
...
Стали, пригодные для скоростной обработки (автоматные стали). Автоматные стали содержат повышенное количество серы (до 0,25%); их поставляют, как правило, холоднотянутыми с пределом прочности около 80 кг/мм2. Они хорошо обрабатываются режущими инструментами на автоматах. Очень много деталей, изготовленных таким способом, подвергают цементации и дополнительно закаливают. Для этого пригоден только материал, содержащий небольшое количество углерода (около 0,25%) и не более 0,25% серы. Из чехословацких автоматных сталей приведенному требованию соответствуют стали НПО
...
После предварительного исследования можно подвергать цементации стали 11107, 11108 и при необходимости сталь 11125. Эти стали изготовляют по томасовскому способу, но они не всегда дают надежные результаты.
...
Механические свойства этих сталей после термической обработки не гарантируются и изготовленные из них детали, испытывающие небольшие нагрузки, можно устанавливать в конструкции.
...
Стали класса 12 — качественные конструкционные; они выплавляются в мартеновских или электрических печах; отличаются небольшим содержанием серы, фосфора и включений, а также узкими пределами по химическому составу. Эти стали
...
хорошо раскисляются, что улучшает процесс цементации. Для них предписаны нормы механических свойств после закалки.
...
Стали класса 13. В этот класс входят в основном стали марганцевая и марганцевокремнистая; в Чехословакии их для цементации не применяют, хотя в
...
Стали класса 14. Цементуемые стали этого класса имеют в Чехословакии большое хозяйственное значение; их применяют в
...
Стали класса 15. К этому классу относят стали хромомолиб-деновые и хромованадиевые, а также стали, легированные (кроме упомянутых элементов) марганцем; они пригодны для цементации, если содержат соответствующее количество углерода. Особенно хорошими свойствами слоя и сердцевины обладают хромомолибденовые цементованные стали.
...
Стали класса 16. В этот класс входят никелевые и хромони-келевые стали (иногда еще дополнительно легированные), а также цементуемые стали, хорошо зарекомендовавшие себя в производстве. Однако из-за недостатка никеля в Чехословакии их применяют ограниченно. Существует большое количество низко- и среднелегированных сталей этого класса с широким диапазоном свойств сердцевины. Цементация сталей класса 16 позволяет получить наилучшее соотношение между вязкостью и прочностью сердцевины. Они успешно заменяются сталями других классов.
...
На химический состав и химическую чистоту стали оказывают решающее влияние имеющиеся в шихте включения. Под включениями подразумевают самостоятельные фазы, которые не образуют с железом основную массу, а выделяются при раскислении или
...
К химическому составу стали относят основные элементы, содержание которых заранее установлено маркой стали. Шихтовые примеси «е принадлежат к заранее заданному составу; в большинстве случаев это примеси-спутники, имеющиеся в незначительном количестве и, чаще всего, нежелательные. Шихтовые примеси никеля и молибдена обеспечивают улучшение прокаливаемости.
...
Чтобы сохранить хорошее соотношение между ударной вязкостью и прочностью сердцевины у легированных сталей, содержание углерода не должно превышать 0,18%,
...
Вопрос о содержании углерода в цементуемой стали является вопросом качества сердцевины. Если не нужна высокая ударная вязкость, приведенный процент содержания углерода можно превысить. Это часто встречается в практике машиностроительных заводов (ссср,
...
Марганец в стали не влияет на процесс науглероживания при цементации, но при содержании свыше
...
Углеродистые стали, предназначенные для цементации, обычно содержат не более 0,7% марганца. Такое количество способствует устранению анормальной структуры и склонности к образованию мягких пятен. У легированных сталей неблагоприятное влияние марганца компенсируется действием хрома; поэтому содержание марганца в этих сталях увеличивают. Такие стали имеют большую прочность сердцевины при сохранении хороших качеств цементованного слоя.
...
Кремний затрудняет диффузию углерода и при его большом содержании в цементованном слое возникает опасность
...
графитизации цементита. Присутствие кремния ухудшает плавный переход углерода в стали. В цементуемых сталях избегают большого содержания кремния; его верхним пределом считают 0,35%.
...
остаточного аустенита, вследствие чего цементованный слой в хромистых сталях имеет надежную твердость. Это благоприятное влияние хрома продолжается только до содержания 1,5%.
...
и способствует тому, что при обычной закалке сталь остается мелкозернистой. Стали, легированные только никелем, применяют мало; более широко распространены хромоникелевые стали.
...
Никель способствует сохранению хорошей ударной вязкости закаленных цементованных сталей, используемых при низкой температуре [101а].
...
Молибден как карбидообразующий элемент способствует науглероживанию; обычно небольшое содержание его в цементуемых сталях не влияет на свойства слоя. Большее значение имеет добавка молибдена для улучшения качества сердцевины. Молибден уменьшает склонность
...
к росту зерна при продолжительном нагреве, повышает прочность и ударную вязкость стали в сердцевине. Применяется он только в комбинации с другими элементами. Влияние молибдена на снижение хрупкости цементованной стали при отпуске незначительно.
...
Ванадий принадлежит также к карбидообразующий элементам, которые способствуют науглероживанию. Подобно молибдену он не оказывает значительного действия. Ванадий придает стали мелкозернистую структуру, содействует сохранению тонкого зерна и улучшает качество стали в сердцевине.
...
Вольфрам способствует науглероживанию и действует как молибден. При большем содержании вольфрама глубина науглероживания уменьшается. В сталях, применяемых в Чехословакии, вольфрам встречается только в одной марке.
...
находит применения для цементуемых сталей; его влияние можно сравнить с влиянием никеля, если речь идет об улучшении сердцевины. Кобальт, в отличие от никеля, способствует образованию более глубокого слоя.
...

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