Цементация стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ...

вблизи разреза (разрез производят делительным шлифовальным кругом при интенсивном охлаждении и место разреза отшлифовывают на плоском бруске на несколько десятых миллиметра, чтобы твердость слоя не была нарушена влиянием температуры) .
...
На характер кривой твердости влияет не только разное содержание углерода и остаточный аустенит, но и последующая термическая обработка.
...
Вязкость слоя — очень важное свойство; ее определение не .представляет трудностей. При высокой твердости слоя доби-
...
ваются, чтобы после правильного проведения цементации слой имел соответствующую вязкость, а деталь выдержала плавный изгиб или удары без образования волосных трещин в слое, которые могут быть причиной быстрого разрушения.
...
При сравнительно небольшой разнице в твердости может получиться значительная разница в вязкости слоя. Уровень вязкости зависит от процесса цементации, способа термической обработки после цементации и состава стали.
...
Вязкость слоя зависит не только от свойств слоя, но и от его толщины и свойств сердцевины; неблагоприятно влияют на вязкость большая толщина слоя, грубая и мягкая сердцевина и грубая поверхность детали.
...
Благоприятно влияют на вязкость слоя науглероживание, когда получается звтектоидная структура; легирование стали элементами, способствующими повышению содержания остаточного аустенита, плавное изменение концентрации углерода и отпуск.
...
Для определения вязкости слоя разработан ряд статических и динамических технологических проб. Обычно эти испытания выполняют на образцах, близких по форме к испытываемым деталям. Одним из испытаний, по которому лучше всего можно судить о вязкости слоя (до тех пор, пока мы вообще можем судить о слое без взаимодействия его с сердцевиной), является испытание на изгиб, для которого применяют гладко отшлифованные небольшие стержни круглого или изредка квадратного профиля.
...
Обработка поверхности стержня до необходимой чистоты и его профиль точно установлены; для квадратных стержней предписывается точное закругление граней (радиус). После термической обработки стержень испытывают статическим изгибом до разрушения слоя при определенных условиях (удаленность опор, радиус опоры, способ -нагрузки и др.). При разрушении
...
Оценка испытаний на изгиб цементованной и закаленной стали
...
слоя под нагрузкой в тишине хорошо слышен треск. Нагрузка, подсчитанная в этот момент и относящаяся к стандартному типу стержня, показывает непосредственно вязкость слоя или пере-считывается на прочность при изгибе, относящуюся только к стандартному типу стержня. В табл. 20 приведены примеры оценки такого испытания.
...
При определении вязкости слоя на машиностроительных деталях учитывают назначение деталей и условия их работы.
...
Например, для шестерен вязкость слоя определяют динамическим изгибом зубьев с помощью копра Изода. На рис. 108 показано устройство, которое применил По-
...
Рис. 108. Устройство для определения вязкости зубьев шестерен ударом по зубу копром Изода (соседние зубья устраняют шлифовкой) .
...
Рис. 109. Образец для оценки вязкости цементованных зубьев (поперечное сечение 10 X 5 мм).
...
боржил для своих исследований закалки шестерен способом Ас\\ оно пригодно и для испытания цементованных колес. На рис. 109 приведен тип образца для испытаний, который применили Каллен и Шрадер [60] для установления вязкости хромомолибденовых и хромоникелевых сталей (также с помощью копра Изода). Условия и характер испытания должны быть подобны тем напряжениям, которые испытывают зубья шестерни в работе.
...
Штефец и Добры испытывали на удар образцы Менаже, чтобы определить ударную вязкость цементованных сталей при низких температурах [101а]. Они установили, что хромоникелевые стали имеют при температуре ниже нуля хорошую вязкость, в то время как хромомарганцевые оказались сравнительно хрупкими. Углеродистые стали сохраняют в этом случае лучшую вязкость.
...
Сопротивление усталости. Общеизвестно, что повышение поверхностной твердости, даже если ее достигают механическими способами (дробеструйной обработкой) или металлургическими (поверхностной закалкой, цементацией, азотированием, плакировкой н др.), повышает усталостную прочность при изгибе или кручении при обычных атмосферных условиях или при одновре-
...
менном воздействии воды и корродирующих растворов. Это справедливо в случае, если сам слой обладает достаточной стойкостью против коррозии. Уменьшению ударного воздействия при усталости способствуют также твердые слои.
...
Высокая усталостная прочность обусловлена либо более высоким пределом усталости слоя, либо внутренними напряжениями между слоем и сердцевиной, либо обоими этими факто
...
рами одновременно. Для цементованных и азотированных слоев повышенные пределы уоталости объясняются высокой твердостью слоя и напряжениями, возникающими между слоем и сердцевиной под. влиянием увеличения толщины слоя.
...
При испытании цементованных образцов круглой формы на усталость при кручении с изгибом получают более повышенный предел усталости по сравнению с такими же об
...
чески обработанными. По данным различных авторов, это-повышение достигает почти 50%; оно действительно только для размеров изделия, равных размерам образца; по
...
Предел усталости при кручении возрастает благодаря высокой твердости слоя и увеличению содержания в нем мартенсита, но отпуск, который устраняет внутренние напряжения мартенсита, снижает предел усталости. Условия, благодаря которым распадается остаточный аустенит (сюда относится и охлаждение до температуры не менее —70° С), способствуют повышению предела усталости. Влияние распадения аустенита очень наглядно показал Пршеносил [83] на образцах с нитроцементованный слоем, которые после цианирования были подвергнуты обработке холодом. Такая обработка привела к повышению предела усталости по сравнению с основным материалом на 87% (рис. ПО).
...
Об испытании образцов на кручение имеется мало данных (Виеганд, Шейност и др.). Известные результаты все же показывают, что цементованные слои могут существенно повышать предел усталости при кручении.
...
В отличие от азотированных слоев, которые повышенной сопротивляемостью коррозии увеличивают сопротивление усталости деталей в коррозионной среде, цементованные слои этого эффекта не дают.
...
В противоположность этому, как показал Альмен (17], цементованные слои, с точки зрения механической, оказывают большее сопротивление усталости, чем слои, получаемые поверхностной индукционной закалкой.
...
Много внимания уделяется вопросу усталости зубьев шестерен. Результаты испытаний па заводах Польди показывают, что
...
Рис. 111. Устройство для испытания цементованных зубьев на сопротивление усталости при повторяющемся изгибе с применением пульсатора (заводы Польди).
...
цементация существенно увеличивает сопротивление зубьев усталости. Испытания были проведены на машине Лозенхаузена с пульсатором (рис. 111), где напряжение возрастало от предварительного натяга до максимума.
...
Несмотря на большое число зубьев для каждой испытываемой шестерни составляют кривую Велера. Краткие результаты испытаний свидетельствуют о значительном повышении предела усталости при изгибе под влиянием цементации (табл. 21).
...
Несколько авторов (Миллер, Помей и др. [80]) рассмотрели влияние повторных ударов на усталость. Помей исследовал сопротивление двух серий стержней, одинаково цементованных и затем закаленных, но различающихся тем, что одна серия стержней была защищена медным покрытием перед цементацией. Во всех случаях он установил значительное повышение сопротивляемости удару стержней с цементованным слоем. Результаты испытаний Помея показывают, что абсолютный наибольший цикл ударов и относительно наибольшее увеличение сопро-
...
тивления имеет мягкая углеродистая цементованная сталь со слоем толщиной 0,8 мм, в то время как хромоникелевая сталь с тонким слоем (толщина 0,2 мм)
...
Результаты испытаний на усталость цементованных и закаленных
...
на сопротивляемость усталости при одновременном коррозионном действии воды, пара и соляных растворов по сравнению ■с планированными слоями весьма незначительно.
...
Сопротивляемость истиранию и задирам. Одной из задач цементации является улучшение сопротивляемости деталей машин поверхностному истиранию. Сопротивляемость истиранию зависит от твердости поверхности; однако прямой зависимости в этом случае нет, так как сталь с наибольшей поверхностной твердостью может и не иметь наибольшую сопротивляемость истиранию. Многое зависит от способа трения и среды, давления при трении, от скорости движе
...
ния трущихся деталей, от охлаждения и т. п. Так как сопротивляемость истиранию проверить трудно, то ограничиваются испытанием на твердость, предполагая, что чем выше твердость, тем больше сопротивляемость истиранию цементованной стали.
...
показывающей увеличение твердости закаленной стали в зависимости от повышения содержания углерода, видно, что достигаемая в заэв-тектоидной области макси
...
Рис. 112. Сопротивление слоев, цементованных в твердом карбюризаторе и в цианистой ванне на истирание: а
...
мальная твердость не повышается, так как содержание углерода сверх эвтектоидного образует с железом карбид. Карбид повышает износоустойчивость поверхности. В легированных сталях хром, марганец, ванадий и вольфрам образуют с углеродом более твердые сложные карбиды; сопротивляемость легированных сталей истиранию увеличивается; однако повышение износоустойчивости незначительно.
...
В литературе исследован вопрос о том, какой из технологических способов цементации способствует повышению сопротивляемости истиранию. Допускают, что у слоев, полученных цементацией в присутствии соединений азота, сопротивляемость истиранию бывает выше. .
...
На рис. 112 с помощью кривых изображены результаты работы Брауна, Власова и Гольдина по испытанию цианирован-ных образцов в сопоставлении с образцами, цементованными в твердом карбюризаторе. Причина более высокой сопротивляемости первых образцов заключается не только в повышенной твердости нитридов или карбонитридов, но и в нагреве, возни-
...
кающем от трения и способствующем распаду остаточного аустенита, в котором содержится азот. Известно, что при нагревании слоев до 300° С (для нелегированных сталей) и до 400° С (для легированных сталей) поверхностная твердость постепенно уве-. личивается.
...
Для определения величины износоустойчивости были сконструированы различные машины. Машина Амслера позволяет испытывать кольца, изготовленные из различных материалов; при испытании плотно прижатые одно к другому кольца вращаются; результаты оцениваются по потере их веса. Машина позволяет изменять число оборотов и величину давления.
...
В Чехословакии с помощью известной машины Савинова износоустойчивость испытуемой стали определяют по следам, остающимся на кольце от карбидов, имеющихся в цементованном слое.
...
Цементованные слои, содержащие свободный остаточный аустенит, особенно легированный никелем, можно применять на практике и при меньшей твердости в благоприятных для них условиях.
...
Сопротивление задирам тесно связано с сопротивлениями истиранию и усталости. Цементованные детали имеют, безусловно, меньшие величины сопротивляемости износу, чем детали цианированные.
...
Сопротивляемость давлению. Цементованные слои оказывают достаточное сопротивление повышенному давлению. Сопротивляемость при этом возрастает с увеличением твердости сердцевины, а также с увеличением толщины и вязкости слоя.
...
Цементованный слой по химическим свойствам подобен закаленной инструментальной стали эвтектоидного или заэвтектоид-ного состава. В отожженном состоянии эта сталь имеет меньшую стойкость против коррозии, чем отожженная мягкая сталь, но после закалки стойкость ее улучшается; нет существенного различия между мягкой и закаленной сталью с большим содержанием углерода (по Ш^у). На химические свойства цементованных сталей количество легированных присадок особого влияния не оказывает.
...
Для деталей сложной конфигурации, не подвергаемых после цементации шлифованию, некоторые поверхностные и размерные дефекты недопустимы.
...
Поверхностные дефекты зависят от дефектов структуры. При каждой закалке в изделии появляются деформации; они должны быть небольшими и равномерными. Шероховатая или волнистая поверхность обработанных деталей свидетельствует об изменении объема слоя. В структуре часто образуется цементигная сетка или мягкие места; всеми средствами препятствуют образованию цементной сетки. Дефект устраняют шлифованием.
...
Поверхностное разъедание имеет различный характер: шероховатые и .круглые пятна, с рубцами на поверхности; нагары с
...
В большинстве случаев эти дефекты объясняются недостаточной чистотой поверхности перед цементацией или недостаточной чистотой при цементации. Остатки окалины, например, способствуют возникновению дефекта, а жир является причиной появления шероховатых пятен. Нагары образуются от загрязнения твердого карбюризатора (сера, недостаточное перемешивание со щелочами), а также от соприкосновения предметов с электродами в закалочной ванне. Шероховатые места возникают при ржавлении во влажном порошке, если деталь не подвергают обработке в день упаковки. Разъеденные в глубину пятна образуются иногда от порошков карбюризатора, который содержит щелочи и желтую кровяную соль. Этот дефект можно предупредить тщательным поддержанием чистоты при всех производственных процессах. Исправить дефекты можно только шлифованием.
...
Изменение формы и размеров детали зависит от всех видов термической обработки перед цементацией, во время и после цементации, а также от конфигурации детали. Обратим внимание " на важные причины деформаций.
...
Закалка при слишком высокой температуре, двойная или повторная, и глубокая цементация бывают причинами неожиданно больших деформаций. Другой причиной деформации бывает интенсивная обработка материала, когда детали между операциями не отжигают для устранения напряжений. Иногда большая или меньшая склонность к деформации зависит от марки стали, индивидуальных свойств плавки. Причиной деформации может быть, например, загрузка деталей в цементационные горячие ящики, имеющие температуру цементации.
...
Во многих случаях упростить режим термической обработки цементованного изделия и, в частности, избежать двойной закалки не удается; тогда прибегают к исправлению коробления. Для этого применяют операции правки изделия и его шлифования. Во многих случаях используют изотермическую закалку изделия.
...
Трещины, расслоения или выкрошивание слоя, как правило,—-признаки больших недостатков самой цементации (значительного перегрева и колебания температуры, а также резкой закалки в воде вместо масла). Иногда причиной этих дефектов бывает продолжительная цементация (например, если оставляют ящик по недосмотру в печи на два цементующих цикла) или неконтролируемая высокая температура закалки. Отставание слоя происходит из-за цементации при низкой температуре или из-за слишком науглероживающей среды.
...
Для предупреждения дефектов необходима аккуратность в работе, проведение производственного процесса одновременно с точным контролем температур при термической обработке и проверкой соответствующими термопарами. До тех пор, пока поверхность детали еще не повреждена, дефект можно частично исправить нормализацией (после осторожного нагревания от температуры первой закалки соответственно марке стали) и новой закалкой; необходимо считаться с большими деформациями. Слои с резким переходом исправляют диффузионным отжигом.
...
Недостаточная твердость — наиболее заметный дефект, так как он обнаруживается при контроле сразу же после закалки. Причин недостаточной твердости несколько.
...
Недостаточную твердость, вызванную неправильной закалкой, легко ликвидируют повторной закалкой. Дефект может возникнуть при низкой температуре закалки (что бывает очень
...
§ 2. Изменение формы и размеров детали (деформация)
...
мягкость, т. е. так называемые мягкие пятна, возникает у мелкозернистых сталей с небольшой прокаливаемостью. Это явление особенно проявляется на деталях из углеродистых сталей. Мягкие пятна могут быть вызваны анормальностью стали. Исправление возможно повторной закалкой при выполнении нормального режима. Часто помогает создание хорошей циркуляции в ванне.
...
Недостаточная твердость деталей может быть вызвана не-. большой толщиной слоя вследствие нарушений предписанного режима цементации: сокращения времени цементации, неравномерной или низкой температуры, ссыпания цементующего порошка или плохого состава цементующей ванны. Возникновение недостаточной твердости предупреждают точным выполнением всех условий цементации. Его можно исправить применением дополнительной кратковременной цементации.
...
Недостаточная твердость слоя объясняется недостатком цементующих порошков, плохим составом цементующих газов или цементующей ванны. Этот недостаток может быть обнаружен своевременно с помощью цементованных образцов при испытании, что при тщательном контроле позволяет вовремя исправить ошибку.
...
Недостаточная твердость, вызванная возникновением остаточного аустенита,— частое явление у сталей, содержащих свыше 4% №, которые из-за своего состава уже склонны к образованию остаточного аустенита. Остаточный аустенит появляется и у низколегированных сталей при закалке с перегревом.
...
Недостаточная твердость, возникшая вследствие обезуглероживания, легко обнаруживается напильником. Дефект бывает, как правило, вызван при нагреве в печи для закалки или в окисляющих соляных ваннах. Исправление не нужно, если рабочие поверхности детали шлифуются; иначе обезуглероживание необходимо было бы устранить кратким цементованием- в солях и повторной закалкой.
...
Недостаточная твердость, вызванная малым содержанием углерода в слое, проявляется при использовании отработавшего порошка, неправильно составленной ванны или при небольшом потенциале науглероживания газа. Этот недостаток обнаруживается химическим анализом и металлографическим исследованием. Предупредить его можно точным соблюдением предписанных условий. Исправляют его новым науглероживанием.
...
Недостаточная твердость обнаруживается также на тех участках, где поверхностные дефекты заметны невооруженным глазом. Это — результат действия окалины на поверхности, загрязнения поверхности защитными веществами (глиной или медью) или следствие образования сульфатов из примесей, богатых серой. Если не вызвано нарушение поверхности или если оно не очень большое, эти дефекты легко устраняют.
...
Участки поверхности цементуются неравномерно при неудачном стряхивании порошка, образовании воздушных пространств в твердом карбюризаторе, попадании на деталь порошка во время манипуляции с ящиками или в результате прогорания ящиков.
...
В результате структурных дефектов стали возникают различные недостатки: низкая твердость, склонность к возникновению шлифовочных трещин и отставанию цементованного слоя, хрупкость слоя. Дефекты устанавливают микроскопом, как было описано в предыдущей главе.
...
Неправильное распределение углерода в слое. В цементованном слое после нормально проведенного процесса перепад содержания углерода в направлении от поверхности к сердцевине бывает плавным. Соответственно этому переход от заэвтектоидной структуры через перлит к перлитно-ферритной структуре и далее к структуре сердцевины постепенный. Перлитная часть слоя занимает 1/г—2/з всей толщины слоя, определенной под микроскопом от кромки до структуры сердцевины; остальная часть, кроме перлита, представляет смесь перлитных и феррит-ных участков тоже при достаточно плавном переходе.
...
Слишком резкий переход, сопровождаемый выделением цементита на поверхности, является признаком неправильного процесса цементации. Он свидетельствует о резком науглероживании и возникает при сильнодействующем карбюризаторе, неправильном составе соляной ванны или цементующего газа и наиболее часто при низкой температуре цементации из-за плохого обслуживания печи. Дефект предупреждают контролем и исследованием цементующей среды. Исправить его можно только с помощью диффузионного отжига.
...
Свободный цементит в цементованном слое не всегда является дефектной фазой, особенно, если он присутствует в небольшом количестве в виде глобулей. Присутствие цементита во многих деталях даже улучшает износоустойчивость слоя. В случае присутствия свободного цементита в виде сетки он ухудшает вязкость слоя и может послужить причиной выкрошивания. Надежное средство для исправления этого дефекта — диффузионный отжиг; иногда применяют закалку слоя с температуры свыше Асст; после закалки цементит удерживается в твердом растворе.
...
Остаточный аустенит в цементованном слое уменьшает твердость слоя, так как изменяет его свойства по сравнению с цементитом в противоположном направлении. Нельзя сказать, что воздействие остаточного аустенита всегда вредно. В некоторых случаях большая вязкость слоя, вызванная остаточным аустенитом, очень нужна, например, для шестерен, которые при меньшей твердости лучше обкатываются.
...
Цементация — не единственное средство повышения поверхностной твердости деталей машин. Для этого используют и цианирование. Цианирование и цементация — два способа химико-термической обработки, создающей с помощью диффузии на поверхности детали слои большой твердости (располагаются на мягкой сердцевине). Известны и другие способы, основанные на поверхностной закалке изделий из стали с большим содержанием углерода. Все способы широко используются в промышленности.
...
Сравним способы поверхностной закалки стали с диффузионными процессами. В диффузионных процессах (цементация и цианирование) до рабочей температуры нагревают всю деталь (и те объемы, поверхность которых должна быть мягкой) и подвергают ее воздействию внешней среды, пока поверхность не будет насыщена углеродом или азотом. При поверхностной закал.ке нагревают поверхность детали до необходимой температуры закалки только в том месте, которое должно быть твердым, что обычно продолжается очень недолго.
...
Применяя нагрев пламенем или индукционный нагрев (при последовательности закалки), можно производить поверхностную закалку деталей больших габаритов. При таком способе нагревают ту часть детали, которую нужно закалить; другую часть не нагревают. Необходимо учитывать, что для небольших и- нерозных деталей применение нагрева пламенем и индукционного нагрева не позволяет создать твердые слои с точностью, которая достигается при диффузионных процессах.
...
При поверхностной закалке не получают глубоких и равномерных твердых слоев (как при диффузионных процессах). Качество закаленного слоя не соответствует качеству диффузионного слоя по износоустойчивости и сопротивлению усталости.
...
Поверхностную закалку можно сравнить с химико-термическими процессами (для деталей крупных, простого вида и у которых закалке подвергают отдельные части). Экономически поверхностная закалка выгодна в серийном,механизированном и автоматизированном производстве (особенно больших изделий).
...
Что можно установить при сравнении технических, технологических и экономических показателей цементации и азотирования?
...
Цементация по сравнению с азотированием имеет некоторые-технические недостатки. Азотированные слои отличаются высокой твердостью, большим сопротивлением истиранию и задирам, а также теплоустойчивостью и повышенной стойкостью против коррозии. Цианированные детали в целом подвергаются меньшему короблению, так как после цианирования их не закаливают.
...
Цементация имеет свои технические преимущества: слои получаются более вязкими, а с помощью отпуска вязкость еще повышается; цементованные детали сравнительно легко обрабатываются, а при значительном короблении их легко выправляют, так как они обладают большей вязкостью.
...
Цементация имеет и технологические преимущества. Выше было указано на многосторонность цементации, осуществляемой различными способами (цементация в твердом карбюризаторе, цементация в соляных растворах и газах). Оборудование для цементации обычно простое по конструкции.
...
Применение проходных муфельных печей позволило решить вопрос о непрерывности производства; процесс значительно ускоряют, применяя высокую температуру; с помощью цементации без особых трудностей получают слои различной толщины. Поэтому перед цементацией детали не нужно шлифовать, так как их можно отшлифовать после цементации.
...
Нельзя не упомянуть также о технологических преимуществах цианирования. Хотя оборудование для этого процесса очень сложное, сам процесс простой, надежный и точно управляемый. Преимущество его состоит еще и в том, что после цианирования не производят дальнейшую термическую обработку. Цианирование применяют для ряда легированных сталей, сообразуясь с тем, какую при этом преследуют цель — повышение твердости, улучшение сопротивления усталости или коррозии.
...
Нет сомнения в том, что цианирование — более дорогой способ, чем цементация. Для него пригодны только легированные стали, в то время как с помощью цементации и обычная углеродистая сталь приобретает хорошие свойства.
...
После цианирования, как правило, нет необходимости в термической обработке и детали получаются прочными. В таких случаях с экономической стороны цианирование можно сравнивать с цементацией.
...
Нельзя оба основных способа химико-термической обработки противопоставлять и отдавать предпочтение одному из них, так как каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. Цементации и цианированию принадлежит ведущее место при термической обработке деталей в машиностроении; оба способа значительно улучшают качество изделий.
...
А. РАБОТЫ, ПОСВЯЩЕННЫЕ ЦЕМЕНТАЦИИ ИЛИ СОДЕРЖАЩИЕ ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ
...

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