29. Способы цементации.

Т вёрдая цементация.

Детали укладывают в сварную, стальную (чугунную литую) ёмкость рядами, пересыпая карбюризатором слоем 10..15 мм. В качестве карбюризатора используют древесный уголь в зёрнах 3,5 .. 10 мм. Часто добавляют активизаторы, например, BaCO­₃или кальцинированную соду Na₂CO₃. Помещают в печь при температуре 900 .. 950 градусов. Выдерживают, затем охлаждают ящик на воздухе до 300 .. 500 градусов, затем ящик открывают. В ящике находится воздух, кислород которого при высокой температуре взаимодействует с карбюризатором, образуя СО, который в присутствии железа диссоциирует: . Добавление углекислого бария (BaCO₃) активизирует карбюризатор, освобождая СО₃:

После того, как мы охладили деталь, проводится термическая обработка с повторным нагревом. Данный метод применяется для мелкосерийного производства деталей. Активность среды подбирается путём подбора состава катализатора (25 .. 30% нового карбюризатора, остальное – отработанный). Очень трудно процесс регулируется. Обычно получается повышенное содержание поверхностное углерода.

Газовая цементация

Используется для крупносерийного производства в специальных агрегатных печах, где производится весь цикл: насыщение поверхности углеродом, последующая закалка и отпуск. В этом случае используются газовые атмосферы, состоящие из природного газа (8 .. 10% от всего объёма) и нейтрального газа (эндотермический газ). При таком методе состав атмосферы, температура регулируется и контролируется автоматически, т.е. по ходу процесса регулируются оптимальные параметры.

Газовая цементация имеет ряд преимуществ по сравнению с твёрдой цементацией:

1. Отсутствуют предварительные операции (загрузка, упаковка и так далее)

2. Отсутствуют последующие операции (разгрузка и так далее),

3. Скорость насыщения поверхности углеродом больше при газовой цементации, и соответственно, время выдержки меньше. (порядка 8 часов)

4. В поверхностном слое можно получить заданную концентрацию углерода в слое. Это обеспечивается полной механизацией и автоматизацией процессов цементации в контролируемых газовых атмосферах.

Основным является эндотермический газ, и состав его 20%СΟ, 40% Η₂, 40% Ν₂. Получают эндотермический газ частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при температуре 1000 .. 1200°С. В присутствие катализатора: . В этом процессе постоянно контролируется углеродный потенциал.

Для некоторых деталей проводится цементация в шахтных печах с использованием керосина или сентина. Капли жидкости подаются в печь через специальную капельницу в крышку (80 .. 90 капель в минуту).

30. Термическая обработка цементованных изделий.

Задача термической обработки: получить конкретные необходимые свойства поверхности и сердцевины детали, т.е. получить твёрдость на поверхности выше чем в сердцевине и исправить дефекты, которые могут повлиять на конечные свойства.

Основные дефекты после цементации:

1. В процессе цементации после длительного нагрева происходит рост аустенитного зерна и в цементованном слое и в сердцевине.

2. Образование в цементованном слое в структуре карбидной (или цементитной) сетки. Карбиды должны быть в виде мелких зёрен.

Последующая термическая обработка включает в себя закалку, но вариант этой закалки выбирается в зависимости от вида цементации, количества деталей и от требования к этим деталям.

В иды термической обработки:

1. Используется для деталей, от которых требуется иметь только поверхностную твёрдость, а другие свойства не имеют большого значения. Закалка проводится непосредственно с цементационного нагрева. Это самый простой и дешёвый способ. В результате цементации зёрна аустенита возрастают, поэтому при закалке получается крупно игольчатый мартенсит. Сердцевина тоже крупнозерниста по структуре. Так же в поверхностном слое большое количество остаточного аустенита.

2. Н едостатки первого метода можно снизить за счёт следующих технологических приёмов: применяют наследственно мелкозернистую сталь (например, 18ХГТ), легированную сталь (тоже 18ХГТ), применяют газовую цементацию (меньше рост зерна), при закалке проводить подстуживание. Т.е. с температуры цементации (950°С) детали в этой же печи медленно охладить до 800 .. 850 °С, и с этой температуры проводить закалочное охлаждение. Такая обработка не исправляет структуру, но приводит к тому, что снижается общий уровень остаточных напряжений, и уменьшает количество остаточного аустенита.

3. С тупенчатая закалка. Режим цементации при термообработке проводится в безмуфильном агрегате для массовых партий, к которым предъявляются высокие технические требования по свойствам (детали автомобилей и тракторов). Применяется для снижения деформаций изделий и уменьшения остаточных напряжений. Этот цикл обработки ведётся следующим образом:

   1. В процессе подстуживания в поверхностном слое из аустенита выделяются карбидные фазы(FeCr)₃Cи соответственно снижается содержание углерода в аустените

   2. После подстуживания детали переходят в закалочное масло (180°С)(ступенчатая закалка). Температура деталей становится 180°С и далее мартенситное превращение происходит одновременно, что приводит к снижению остаточных напряжений.

   3. Затем детали промываются при температуре 80..90°С, и затем проводится низкий отпуск.

П одстуживание выбирается таким образом, чтобы соотношение структур поверхностного слоя (и в сердцевине) было оптимальным.

4. О днократная закалка. Этот вариант используется для деталей после цементации в шахтных печах и в твёрдом карбюризаторе. Детали после цементации охлаждаются на воздухе, затем подвергаются закалке с повторным нагревом (до 850 .. 870°С). В данном случае температура закалки лежит выше температуры критической А_С3, и для поверхности и для сердцевины. При этом сердцевина получает полную перекристаллизацию и зерно измельчается. Так же устраняется цементитная сетка на поверхности детали. Для высокоуглеродистого поверхностного слоя такой вариант закалки сопровождается некоторым перегревом.

5. Двойная закалка. Применяется для получения изделий с особо высокими требованиями к свойствам цементованных изделий. Проводят первую закалку при 850 .. 900°С. Её цель – измельчить структуру сердцевины, устранить цементитную сетку в поверхностном слое (растворится в аустените). Эта закалка не формирует окончательную структуру и твёрдость поверхностного слоя, а предупреждает образование цементитной сетки. Вторая закалка следует за первой с температурой 760 .. 780°С для устранения перегрева цементованного слоя и придания ему высокой твёрдости. Недостаток – может быть коробление (изменение формы и размера), возможно окисление и обезуглероживание.

6. О бработка холодом следует за закалкой перед отпуском для деталей, для которых недопустимо наличие остаточного аустенита. Это способствует переводу остаточного аустенита в мартенсит. В результате твёрдость повышается.Количество остаточного аустенита можно снизить подачей аммиака в конце процесса для образования нитридов легирующих элементов.

Заключительной операцией термической обработки цементованных изделий во всех случаях является низкий отпуск при температуре 160 .. 180°С, переводящий мартенсит закалки в мартенсит отпуска, снимающий напряжения. После цементации часто применяют высокий отпуск при 630 .. 640°С для распада остаточного аустенита, после чего следует закалка и низкий отпуск. Такая термическая обработка даёт высокую твёрдость цементованного слоя.