Третьяков_Метод_ДЗ_Матмоделирование (831919), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Присутствие карбидной фазы в заэвтектоидных сталях, а это, как правило, инструментальные стали, способствует повышению износостойкости и неснижает прочность. Поэтому заэвтектоидную сталь нагревают призакалке на температуру несколько выше линии АС1, а именно натемпературу АС1 + 50…80 оС. Вместе с тем, при нагреве под закалкулегированных и высоколегированных сталей способ выбора температуры нагрева под закалку может существенно отличаться отописанного и определяется с учетом специфических требований,предъявляемых к структуре металла в каждом конкретном случае.Структурные превращения в процессе охлаждения при закалке сталей.
Свойства стали после термической обработки определяются структурным состоянием. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов не может дать представления о типе структури фазовом составе стали после охлаждения, поскольку она отражаетстроение стали в равновесном состоянии. В реальных условиях охлаждения температуры превращения и критические точки (точкифазовых превращений) сдвигаются в область более низких температур, что оказывает существенное влияние на характер получаемыхструктур.
Общая закономерность влияния скорости охлаждения нахарактер структуры, получаемой при охлаждении их аустенитногосостояния, состоит в повышении дисперсности продуктов распадааустенита с увеличением скорости охлаждения. На рис. П5 показановлияние скорости охлаждения на положение критических точек длясталей с различным содержанием углерода.Представление о влиянии скорости охлаждения на характерпревращения дает термокинетическая диаграмма, схематичноеизображение которой представлено на рис. П6. Критической скорости охлаждения соответствует кривая охлаждения с наиболееинтенсивным изменением температуры в интервале минимальнойустойчивости аустенита, но не пересекающая линий С-образнойкривой на рис. П6.42Рис. П5.
Влияние скорости охлаждения на температуруи характер превращения аустенита в различных углеродистых сталяхПоложение линий С-образной кривой, мартенситных точек ивид термокинетической диаграммы зависят от типа легирования,температуры аустенизации, размера зерна аустенита.При скорости охлаждения, называемой критической, структура оказываетсяполностью состоящей измартенсита. Таким образом,для получения структурымартенсита в заданных объемах детали скорость охлаждения в этих объемах должнабыть не менее критической.Рис.
П6. Схематичное изображениеС понятием критическойтермокинетической диаграммыскорости охлаждения тесно43связана технологическая характеристика стали – критический диаметр. Это наибольший диаметр цилиндра или шара, при закалке которого получают сквозную прокаливаемость. Сталь 45 имеет при закалке в воде критический диаметр 15…30 мм, при закалке в масле –6…12 мм. Для стали У10 соответствующие характеристики составляют 15…20 и 4…6 мм. Легирование существенно повышаетпрокаливаемость.Частоименнотребованиедостаточнойпрокаливаемости определяет выбор легированных марок сталей дляизготовления деталей, подвергаемых упрочняющей термическойобработке – закалке на мартенсит.В большинстве случаев для закалки деталей из углеродистых марок сталей в качестве охлаждающей жидкости используют воду иливодные растворы солей.
Для закалки деталей из легированных мароксталей используют масла или другие не очень резкие охлаждающиесреды. Выбор среды определяется, с одной стороны, необходимостьюполучения структуры мартенсита, а с другой – стремлением избежатьдеформаций и образования закалочных трещин.При относительно невысоких скоростях охлаждения (ниже 10град/с) формируется феррито-карбидная структура (расстояние между пластинами цементита порядка 0,5…0,7 мкм). При этом превращение аустенита в перлит происходит при температурах порядка650…670 оС. При более высоких скоростях охлаждения (порядка20 град/с) продуктом распада аустенита является феррито-карбиднаясмесь с расстоянием между пластинами цементита 0,3…0,4 мкм.Превращение аустенита происходит при более высокой степени переохлаждения при температурах порядка 640…590 оС.
Такая структура называется сорбитом. При температуре превращения 580…550 оС(скорость охлаждения выше 40 град/с) расстояние между пластинамицементита не более 0,1…0,2 мкм. Такую структуру называют трооститом. Для получения мартенсита необходимы более высокие скорости охлаждения.Цементация сталей. Под цементацией понимают процесс диффузионного насыщения углеродом поверхности деталей из малоуглеродистых сталей в соответствующей среде – карбюризаторе – с целью поверхностного упрочнения детали после закалки.
Применяютцементацию для достижения высокой поверхностной твердости, износостойкости и повышенной усталостной прочности. После обогащения поверхностного слоя стали углеродом до эвтектоидной илизаэвтектоидной концентрации и последующей термической обработки этому слою сообщают структуру мартенсита или мартенсита скарбидами и небольшим количеством остаточного аустенита.44Как правило, цементации подвергают детали из низкоуглеродистых сталей (рис. П7), у которых после цементации и закалкидостигаются высокая твердость поверхности и вязкая сердцевина.Рис. П7.
Влияние температуры и времени выдержки на глубину слояЗа условную глубину цементованного слоя принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины переходной (доэвтектоидной)зон. При содержании в стали не более чем 0,17 % углерода глубинацементованного слоя составляет 15 % от наименьшей толщины илидиаметра цементуемого сечения. При содержании углерода в стали,превышающем 0,17 %, глубина слоя уменьшается до 5…9 %. Для изделий, работающих на износ и не испытывающих больших удельныхнагрузок, глубина цементованного слоя составляет 3…4 % от наименьшей толщины или диаметра цементуемого изделия. Наиболее часто глубина цементованного слоя составляет 0,5…2,2 мм. Значительнореже детали цементуют на меньшую или большую глубину. Примеромдеталей, цементуемых на значительную глубину, являются кольцакрупногабаритных подшипников качения (глубина цементованногослоя 6…10 мм) и звенья тяговых цепей ковшов шагающих экскаваторов (глубина слоя 5…8 мм).Перед цементацией детали очищают от окислов, масла и другихзагрязнений.
В индивидуальном и мелкосерийном производстве научастках деталей, не подлежащих цементации, оставляют припуск,величина которого в 1,5–2 раза превышает глубину цементованногослоя. В массовом и крупносерийном производстве участки поверхности, не подлежащие цементации, защищают электролитически омеднением. Толщина слоя меди, гарантирующая защиту от науглероживания, при глубине цементованного слоя 0,8…1,2 мм должна состав45лять 30…40 мкм, а при глубине более 1,2 мм – 50…70 мкм. Внутренние полости изделий и отверстия защищают обычно смесью кварцевого песка и окалины в соотношении 1:1.Как правило, цементацию проводят при температурах вышеточки АC3 (930…980 ºС), когда устойчив аустенит, растворяющийуглерод в больших количествах. Применяют чаще всего три видацементации: в твердом карбюризаторе, в газе и в жидком карбюризаторе.
В табл. П1 представлены данные, характеризующие эти тривида цементации. В редких случаях, в основном при индивидуальном производстве, цементацию проводят при помощи специальныхпаст, обмазывая ими участки, подлежащие цементации. Все составляющие части паст необходимо превратить в порошок, затем перемешать, развести разжижителями. Для получения цементованногослоя глубиной 1…1,5 мм на поверхность изделия кистью наносятслой пасты толщиной 3…4 мм. После затвердевания пасты изделияупаковывают в ящики и закрывают крышками; зазоры обмазываютсмесью огнеупорной глины с песком.
Процесс цементации проводятпри 930…950 ºС в течение 2–4 ч.В табл. П2 представлены составы паст для цементации.Таблица П1Способы цементации сталиРежим цементации ГлубинаСостав насыщающей среды Темпера- Время,слоя,Примечанияммтура, ºСчЦементация в твердом карбюризатореЯщики загружают впечь, нагретую до1. Древесный уголь (березо700 ºС либо имеющие0,6…1,8вый) 70 –76 %; ВаСО3 20 – 930…950 4…15рабочую температуру.25 %, СаСо3 3–5 %Охлаждают ящики навоздухе2. Каменноугольный полу0,6…1,4 То жекокс 85 %; ВаСО3 12 %; 930…950 4…15СаСО3 3%.Газовая цементация1. Смесь эндогаза и городскоПроцесс проводят вго газа (16 – 20 % СО; 12 –930…950 6…100,6…1,8 безмуфельных шахт16 % (СН4+С2Н6); 30 – 40 %ных и камерных печахН2; 20 – 30 % N22.
Эндогаз в смеси с 3 – 5 %0,6…1,8То жеприродного газа (до 98 % 930…950 6…10СН4)46Окончание табл. П1Режим цементации ГлубинаСостав насыщающей среды Темпера- Время,слоя,Примечанияммтура, ºСчГазовая цементация3. Газы, получаемые из кероПроцесс проводят всина, синтина, различных930…950 4…100,6…1,8 шахтных или камерныхспиртов непосредственно впечахпечи для цементацииЖидкостная цементацияДля мелких деталей.Соляная ванна: 78 – 85 %Недостаток – неравноNa2CO3 + 10 – 15 % NaCl + 6 – 880…9000,5 0,15…0,2 мерная глубина.
SiC8 % SiCвводят после расплавленияТаблица П2Составы паст для цементацииНомерсоставаСодержание компонентов, %Газоваясажа12328––Голланд- Кальциниро- Веретенноеская сажа ванная содамасло–30553,510306740–Декстрин–20–Щавелевокислыйнатрий––15Теоретические основы процесса цементации. В процессе науглероживания стали можно выделить три основные стадии: процессы, протекающие в газовой фазе; перенос углерода из газовойфазы на поверхность металла; диффузия углерода в поверхностьметалла.
В эндотермической атмосфере, представляющей собоймногокомпонентную газовую атмосферу, содержащей СО, СО2,Н2О, Н2, N2, CH4, при температуре цементации и в присутствиижелеза протекают следующие реакции:СН4 ⇔ Сγ + 2Н22СО ⇔ Сγ + СО2СО + Н2 ⇔ Сγ + Н2О47где Сγ – углерод, содержащийся в твердом растворе при термодинамическом равновесии в системе «газ–металл». Его концентрацияесть углеродный потенциал атмосферы Сатм.Перенос углерода из газовой фазы на поверхность металлапредставляется уравнением массопереноса в газовой фазе:D∂C (0, τ )= – β(Cатм – С(0, τ)),∂Хгде D – коэффициент диффузии углерода в стали; С – концентрацияуглерода на поверхности стали; Сатм – углеродный потенциал атмосферы; τ – время; β – коэффициент массопереноса.Поскольку скорость химических реакций при температуре цементации высока, можно полагать, что на поверхности металла влюбой момент времени концентрация соответствует углеродномупотенциалу атмосферы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
