Цементація

Цементація – це процес дифузійного насичення поверхневих шарів деталей, виготовлених з низьковуглецевих і низьколегованих сталей, вуглецем з подальшою їх термічною обробкою. Цементації підлягають сталі з вмістом вуглецю 0,10...0,3% і легуючих елементів до 2...2,5%. На цементацію поступають деталі після механічної обробки з припуском на шліфування в межах до 0,1 мм. В результаті цементації підвищується твердість і зносостійкість поверхневих шарів, але зберігається в'язкою серцевина деталі.

Після цементації вміст вуглецю в поверхневих шарах збільшується до 0,8...1,2%. По мірі віддалення вглиб від поверхні концентрація вуглецю зменшується. Глибина цементованого шару при звичайних умовах процесу в залежності від часу змінюється від 0,5 до 2,5 мм. При підвищенному тиску можливо досягти глибини насичення до 5...6 мм. Ефективною глибиною насичення вважається така, де концентрація вуглецю сягає орієнтовно 0,4%, що в подальшому забезпечує достатнє сприйняття гартування до цієї глибини.

Для забезпечення ефективного протікання процесу цементації необхідно досягти температури існування стійкого аустеніту, в якому вуглець розчинюється в достатніх кількостях. Згідно з діаграмою стану для низьковуглецевих сталей такою температурою є 930°-960°С. Після цементації для поверхневого шару, в якому утворюється достатня кількість вуглецю, проводять гартування з низьким відпуском.

Цементація проводиться в насичувальних середовищах – джерелах живлення вуглецем, які називаються карбюрізаторами. Використовують тверді, рідкі і газоподібні карбюрізатори. Найбільш поширеними є тверді і газові карбюризатори.

Структура після цементації. Після проведення цементації і охолодження деталі в поверхневому шарі спостерігається нерівномірний розподіл вуглецю по глибині. Відповідно до цього і структура неоднакова по перетину деталі. Пояснюється це тим, що кількість вуглецю швидко знижується від поверхні до осердя. Біля поверхні розташовуються заевтектоїдна зона, яка складається з перліту і цементиту, потім евтектоїдна – перлітна і далі – доевтектоїдна (перліто- феритна), зони в яких вміст вуглецю зменшується в напрямку до осі деталі.

Кінцеві властивості цементованій деталі надають за допомогою термічної обробки після цементації. В залежності від умов експлу­атації режим термозміцнення після цементації може бути різним.

Термообробка після цементації. Метою термічної обробки після цементації є виправ­лення структури і подрібнен­ня зерна серцевини і цементованого шару, які перегрі­ваються при тривалій витримці під час цементаційного нагріву. Крім того, термообробка дозволяє отримати високу твердість цементованого шару і в’язку сердцевину, ліквідувати цементитну сітку, яка виникає в результаті пересичується вуглецем.

Менш відповідальні деталі піддають гартуванню безпосередньо після цементаційного нагріву з подальшим низьким відпуском (рис. 6.1, а).

Рисунок 6.1 – Режими термічної обробки після цементації сталі

При підвищених вимогах до структури деталі після цементації її охолоджують на повітрі, піддають одноразовому гартуванню з температури А_с3 і низькому відпуску (рис. 6.1, б). при цьому в серцевині і на поверхні відбувається перекристалізація і подрібнення зерен.

Для особливо відповідальних важконавантажених деталей, які працюють в умовах тертя і динамічних навантажень застосовують комплексну термічну обробку, яка складається з подвійного гартування і низького відпуску (рис. 6.1, в). під час першого гартування (або нормалізації) деталь розігрівають до температури вище А_с3 серцевини цементуємої сталі, що дозволяє отримати лрібнозернистий аустеніт всього об’єму деталі і забезпечує дрібнозернисті продукти розпаду при подальшому охолодженні. Одночасно при цьому відбувається розчинення цементитної сітки в поверхневому шарі.

Під час другого гартування деталь розігрівають до температури на 30…50ºС вище А_с1. При цьому мартенсит, отриманий під час першого гартування, відпускається з утворенням глобулярних карбідів, що збільшує твердість поверхневого заевтектоїдного шару. Крім того, друге гартування забезпечує дрібне зерно в поверхневому навуглецьованому шарі.

Кінцевою операцією термічної обробки є низький відпуск з температури 160-200ºС, який зменшує залишкові напруги і практично не зменшує твердість сталі.

Таким чином, після подвійного гартування і низького відпуску поверхневий шар буде мати структуру відпущеного мартенситу з включеннями глобулярних карбідів .

Твердість на поверхні цементованого шару знаходиться в межах HRC 60±2 Мпа; серцевини HRC 30…45. Ефективна глибина відповідає зоні шару від поверхні насичення до межі зони HRC≈50. Зберігається твердість цементованого шару до температури ≈ 250ºС.

Дата добавления: 2014-01-07