Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Термическая обработка в машиностроении: Справочник

Поскольку рост фаз подчиняется параболической зависимости, скорость роста а-фазы будет равна ха/2х.
...
Описанный механизм формирования диффузионного слоя при химико-термической обработке чистых металлов нашел хорошее экспериментальное подтверждение в случае насыщения железа азотом, углеродом, алюминием, кремнием и другими элементами 1.
...
дифундировавшего вещества, опреде» ляемая частью кривой, отвечающей у-фазе (берется соответствующая площадь).
...
При цементации в производственных условиях карбидный слой, как правило, отсутствует и концентрация углерода в поверхностной зоне не превышает предела растворимости его в аустените при дайной температуре. В этом случае диффузия реализуется только в аустените, который при последующем медленном охлаждении претерпевает распад с образованием феррятно-цемеититной структуры.
...
Прн высокой концентрации углерода на поверхности слоя (более 1,2—1,3%) образуется грубая цементитная сетка или цементит выделяется в виде игл, что отрицательно сказывается на
...
Однако как в двухкомпонентной системе не могут образовываться двухфазные области, так в трехкомлонентной системе маловероятно образование трехфазной области. При дальнейшем насыщении в диффузионном слое будут аустенит, состав которого изменяется по линии 12—15
...
Аустенитно-карбидная зона в цементованном слое практически возникает лишь при легировании стали карбидообразующнми элементами, и в первую очередь хромом. Карбиды начинают образовываться на поверхности по границам и стыкам зерен. С течением времени выделение карбидов происходит и внутри зерна, двухфазная область распространяется на некоторую глубину, а на поверхности при цементации высоколегированных сталей возможно образование сплошного карбидного слоя [44]. Избыточные карбиды имеют глобулярную форму. При образовании аустенитно-карбидной зоны средняя концентрация углерода на поверхности цементованного слоя значительно превышает предел растворимости углерода в аустените Сшах. Образование карбидов ведет к обеднению аустенита легирующими элементами. В пределах аустенитно-карбидной зоны концентрация легирующих элементов в аустените возрастает от поверхности вглубь, поэтому высокая концентрация углерода в слое ведет к уменьшению прокаливаемое™. Это связано с зародышевым действием карбидов на распад аустенита и понижением его устойчивости за счет перехода легирующих элементов в карбид. При насыщении азотом легированного феррита и стали при температуре диффузии также возможно образование двухфазной зоны, состоящей из а-фазы и нитридных фаз [32].
...
Следует отметить, что в случае насыщении стали тем или другим элементом, образующим с железом твердые растворы замещения (А1, Сг, Мо, 5] и др.), диффузионная подвижность которых заведомо меньше подвижности углерода, тройные диаграммы фазового равновесия использовать нельзя. Это объясняется тем, что в процессе диффузии элемента в сплав его состав вблизи поверхностных зон непрерывно изменяется вследствие диффузионного перераспределения элементов сплава, и в первую очередь углерода (вторичный диффузионный процесс).
...
В многокомпонентном растворе изменение концентрации одного элемента сопровождается изменением термодинамической активности других элементов, что вызывает их перераспределение [40].
...
При насыщении стали элементами, не образующими карбидов А1 и 5", а также бором, повышающим активность углерода у поверхности, углерод оттесняется вглубь, к сердцевине. С другой стороны, оттеснение углерода к сердцевине объясняется малой растворимостью его в легированном феррите. В этом случае па поверхности образуется безуглеродистая а-фаза, а подслой содержит повышенное количество углерода. При насыщении железа карбидообразующнми элементами, например хромом, понижающим активность углерода на поверхности, наоборот, происходит встречная диффузия углерода из внутренних слоев к поверхности. Как следствие этого на поверхности образуется сплошной слой карбидов. Непосредственно за слоем карбидов образуется зона, обогащенная углеродом, далее обезуглероженная зона и, наконец, сердцевина с исходным содержанием углерода.
...
При диффузионной металлизации стали, особенно легированной, действительное представление о фазовом составе диффузионного слоя можно получить не по диаграммам состояния сплавов, а лишь в результате рентгеноструктурного анализа диффузионного слоя.
...
тика насыщения железа (стали) тем или другим "элементом описывается при помощи эмпирических формул, выражающих связь толщины диффузионных слоев с временем при постоянной температуре насыщения. В подавляющем числе случаев рост эффективной толщины диффузионного слоя подчиняется параболической зависимости:
...
ляется требуемыми свойствами детали (чаще 0,8—0,95% С). При оптимальных соотношениях первого и второго периода продолжительность цементации для получения слоя заданной толщины сокращается. Применение комбинированного цикла позволяет увеличить общую толщину цементованного слоя в 1,8 раза при одновременном увеличении эффективной толщины слоя в 4 раза.
...
По этой же причине, чем больше в стали углерода, тем меньше толщина цементованного слоя при данных температуре и продолжительности насыщения.
...
На толщину диффузионного слоя большое влияние оказывают легирующие элементы. Изменяя величину О
...
Следовательно, результаты цементации определяются соотношением между концентрацией углерода на поверхности и величиной коэффициента диффузии.
...
Легирующие элементы оказывают большое влияние на толщину диффузионного слоя при азотировании (с. 322), борировании (с. 344) и диффузионном насыщении металлами (с. 350).
...
Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагревании в соответствующей среде—карбюризаторе (табл. 3). Цементацию, как правило, проводят при температурах выше точки Ас3
...
Окончательные свойства цементованные изделия приобретают в результате термической обработки, выполняемой после цементации (табл. 4).
...
Назначение цементации и последующей термической обработки — придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе и кручении.
...
Наибольшее распространение цементация получила для повышения долговечности таких ответственных и напряженных изделий, как шестерни.
...
В связи с тем, что необходимо обеспечить требуемую прокаливаемость слоя и сердцевины и добиться минимальной деформации при закалке для изготовления ответственных деталей, используют закаливающиеся в масле легированные стали; углеродистые стали, закаливающиеся вводе, для этих изделий не применяются.
...
Однако чрезмерно высокое содержание легирующих элементов (в особенности дефинитных) в сталях для цементуемых изделий, например шестерен, не рекомендуется ибо при этом затрудняется применение наиболее экономически и технически выгодного метода непосредственной закалки их после цементации. Непосредственная закалка высоколегированных сталей неприемлема из-за опасности образования в структуре цементованного слоя чрезмерно большого количества остаточного аустенита, вследствие чего может значительно снизиться прочность изделия, например шестерен.
...
Рекомендуемое содержание углерода в цементуемых легированных сталях ранее не превышало 0,24% , однако за последние годы в ряде случаев допускаетси повышение этого предела до 0,30%.
...
В отечественной промышленности для ответственных цементуемых шестерен используются хромомарганцевые стали с титаном (18ХГТ, ЗОХГТ) и с молибденом (25ХГМ), хромоникельмолибденовые (20ХНМ, 22ХНМ, 20ХН2М), хромомар-ганцевоникелевые (19ХГН), хромоникелевые с титаном (15ХГНТА), а также легированные стали с добавкой бора (20ХГР, 20ХНР, 20ХГНТР), хромоникелевая экономно-легированная сталь 25ХГНМАЮ и др.
...
Анализ, проведенный с учетом принятых значений твердости и прочности для слоя и сердцевины, позволяет сделать однозначный вывод, что использование для оценки толщины упрочненного слоя такого критерия, как общая глубина насыщения до исходной структуры сердцевины, неприемлемо 126]. Более правильно учитывать не общую глубину насыщения, а эффективную толщину слоя, которая характеризуется контрольной твердостью свыше определенного значения. В качестве контрольной была предложена твердость НЯС
...
Однако в последнее время для оценки эффективной толщины слоя получили распространение и более высокие значения контрольной твердости — до 540 или 600 единиц твердости по Виккерсу при нагрузке 0,5 кгс в зависимости от марки цементуемой стали (табл. 6) [68].
...
Рекомендуемые абсолютные значения эффективной толщины цементованного слоя определяемой в соответствии с табл. 5 для зубчатых колес приведены ниже 168].
...
Таблица 6. Рекомендуемые значения контрольной и поверхностной твердости при установлении эффективной толщины слоя
...
Первоначально автоматическое регулирование науглероживающей способности эндотермической атмосферы или ее углеродного потенциала (характеризующего способность атмосферы обеспечить определенную концентрацию углерода на поверхности стали прн диффузии в полубесконечное пространство) проводилось только по содержанию Н20, характеризующемуся точкой росы атмосферы. Впоследствии получило распространение регулирование атмосферы по содержанию С02, концентрация которого определяется с помощью приборов, использующих инфракрасное излучение.
...
Для определения оптимальных параметров регулирования (по содержанию Н20 н С02) разработаны на основе теоретических исследований с учетом активности углерода в аустените диаграммы равновесия [63].
...
Для легированных сталей такие диаграммы разработаны с учетом влияния легирующих элементов на активность углерода в аустените; этн диаграммы представляют значительный теоретический интерес. В практике производства можно пользоваться так называемыми эмпирическими кривыми равновесия, которые характеризуют зависимость между температурой, точкой росы нли концентрацией С02 в атмосфере и содержанием углерода в стали применительно к практическим условиям нагрева стали при хнмико-термической обработке с использованием эндотермической атмосферы (рис. 20, 21).
...
При цементации изделии желательно форсирование диффузии углерода. Однако скорость этого процесса при приближении к равновесным условиям резко уменьшается, поэтому использование для насыщения углеродом только одной эндотермической атмосферы экономически невыгодно, и для повышения углеродного потенциала этой атмосферы в рабочее пространство печн вводят в небольших количествах газы, богатые углеводородами (метан или природный газ) в количестве до 5%.
...
Указанные реакции термодинамически более вероятны, чем реакция диссоциации метана с выделением свободного углерода [26], поэтому при сравнительно небольших добавках метана последний не участвует непосредственно в процессе насыщения углеродом, а повышает углеродный потенциал вследствие увеличения концентрации окиси углерода в атмосфере. В этих условиях на поверхности стали не выделяется в значительном'количестве сажистый углерод и сохраняется однозначная зависимость между углеродным потенциалом и концентрацией Н20 и С02 в атмосфере. Таким образом, количество добавляемого метана должно быть строго ограничено из-за опасения потерн наиболее цепного преимущества эндо-
...
Рис. 2«. Эмпирические кривые равновесия для эндотермической атмосферы при регулировании по С0₂
...
термической атмосферы — способности к автоматическому регулированию угле* родного потенциала. Добавка метана в различные зоны агрегата изменяется — в I зону подается 4% метана, во II и III — 2%, в последние зоны метан вообще не добавляется.
...
В настоящее время газовая цементация с использованием эндотермической атмосферы осуществляется преимущественно в безмуфельных агрегатах непрерывного действия при обеспечении механизации и автоматизации цикла обработки. Такие высокопроизводительные агрегаты широко используются в машиностроении с массовым характером производства (автомобильном, тракторном, сельхозмашиностроении).
...
Для осуществления химико-термической обработки при автоматическом регулировании углеродного потенциала в серийном производстве рекомендуется применять герметизированные камерные печи периодического действия, в которых (также как и в безмуфельных агрегатах) исключается контакт поверхности нагретой стали с воздухом при переносе изделий из печи в охладительную систему.
...
В связи с тем, что описание конструкции безмуфельных'агрегатов н универсальных камерных печей приведено в разделе «Современное оборудование для термической обработки», ниже рассмотрены только основные особенности технологического процесса.
...
Типовой режим химико-термической обработки изделий, например зубчатых колес, из среднелегированной цементуемой стали включает цементацию при 930° С, подстуживание до 850° С, затем ступенчатую закалку — выдержку в горячем масле (180° С) с последующей закалкой в холодном масле и низкий отпуск при 180° С.
...
Схема разводки газов в безмуфельном агрегате ЗИЛ приведена на рнс. 22. Регулирование углеродного потенциала осуществляется в двух независимых блоках; такая система позволяет обеспечивать точность регулирования концентрации углерода в слое в пределах ±0,05%.
...
На точность регулирования оказывают существенное влияние несколько факторов: насыщение газовой атмосферы парами масла из закалочного бака, наличие масла и других примесей на поверхности загружаемых деталей, герметичность камеры печн, колебания температуры, изменения в составе газа. Так, например, колебания температуры в пределах ± 10° С приводят к изменению углеродного потенциала в пределах ±0,07%, колебания концентрации С02 (при регулирова-
...
Рнс. 22. Схема разводки газов в безмуфедьном агрегате при регулировании по С0₂:
...
Деформация при химико-термической обработке обусловлена как структурными превращениями, вызывающими изменение объема, так и тепловыми напряжениями, в результате образования которых возникают изменения формы изделия. Этот дефект имеет особое значение для зубчатых колес, у которых рабочая поверхность зубьев после химико-термической обработки не подвергается механической обработке и все искажения формы и размеров сохраняются в готовых деталях. В результате ухудшается контакт при зацеплении, снижается долговечность, возрастает шум при работе легковых автомобилей. Объемные изменения прямо пропорциональны содержанию углерода в стали. Данные, приведенные ниже, показывают резкое возрастание деформации при увеличении закаливаемости и прокаливаемости стали 25ХГМ (балл зерна 7—8), что характеризуется возрастанием твердости после закалки.
...

Цементация стали
Зварювальні матеріали
Контактная сварка
Термическая обработка в машиностроении: Справочник
Металлургия черных металлов

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

admin

Термическая обработка в машиностроении: Справочник