Обработки цементации

В крупносерийном и массовом производствах газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия. В утих установках весь цикл химико-термической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) полностью механизирован и автоматизирован. В печах непрерывного действия для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют природный газ, % (объемы.): 92 — 95 эндогаза и 3 — 5 природного газа Эндотермическая атмосфера (20 % СО, 40 % Н„ и 40 % N2) *' получается частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при 1000 — 1200 °С в присутствии катализ;; гора и невысоком коэффициенте избытка воздуха. В генераторе протекает следующая реакция' СН,, 4 0,5 (О., + -! 3,8 N,) -^СО 4 2Н., 4 1,9 N..

Колеса второй группы изготовляют из легированных сталей, подвергаемых различным видам термической и химико-термической обработки (цементация, объемная или поверхностная закалка, азотирование, цианирование, нитроцемен-гация) и применяют для быстроходных и высоконагруженных передач.

Химико-термическая обработка. При химико-термической обработке изменяется химический состав поверхностных сдоев деталей, что позволяет получить мелкозернистую структуру, высокую твердость, прочность и износостойкость деталей. Существует ряд способов такой обработки: цементация -насыщение поверхностных слоев стали углеродом; азотирование— насыщение азотом; цианирование — одновременное насыщение углеродом и азотом; борированне-насыщение бором и др. Глубина насыщения невелика, обычно ОД—1 мм.

Для защиты труб водяного экономайзера Днепроэнерго и Запорожским машиностроительным институтом разработаны метод и оборудование химико-термической обработки (цементация) длинномерных труб. Цементация труб производится в ионно-плазменной установке при атмосферном давлении. Перед цементацией трубы из стали 20 очищаются от коррозии на иг-лофрезерном станке. После цементации трубы режутся на заго-

Влияние химического состава стали на износостойкость деталей, работающих в условиях абразивного изнашивания, исследовал И. И. Ивашков на специальной установке для испытания втулочно-роликовых цепей [76]. Испытывались шесть марок сталей (12ХНЗА, 12Х2Н4А, 18ХГТ, 15Х, 20 и Ст. 5), из которых изготавливались детали шарниров цепей при пятнадцати комбинациях условий испытаний, различающихся по величине давлений, характеру абразивного загрязнения и виду термохимической обработки ( цементация и нитроцементация/. Результаты исследований показали, что все испытанные стали являются равноценными по износостойкости в абразивной среде при условии, если они имеют одинаковую твердость при одинаковой термической или термохимической обработке.

Поверхностная закалка и отпуск. Ряд деталей машин и механизмов, работающих на износ, подвергают поверхностной закалке, осуществляемой различными методами. Поверхностная закалка позволяет применять менее легированную сталь, заменяет в ряде случаев трудоёмкие операции химико-термической обработки (цементация, азотирование) и значительно упрочняет поверхностный слой деталей, работающих, кроме трения, в условиях знакопеременных нагрузок.

а) Сокращение продолжительности процесса химико-термической и термической обработки. Цементация в твёрдом карбюризаторе даёт глубину слоя, равную 0,9 — 1,0 мм за

Для повышения долговечности деталей при конструировании необходимо использовать все возможные конструктивные и технологические средства предотвращения и уменьшения износа. Такими средствами являются: ограничение величин удельных давлений и контактных напряжений в пределах допускаемых значений; задание оптимальной чистоты обработки трущихся поверхностей; задание надлежащих способов термической обработки (цементация, цианирование, азотирование, поверхностная закалка токами высокой частоты и т. д.) с целью повышения твердости изнашивающихся поверхностей; 'применение так называемой упрочняющей технологии (обкатка галтелей, роликами, обдувка дробью и др.); для деталей, подверженных истиранию,— назначение материалов, имеющих высокие антифрикционные свойства; назначение соответствующих смазывающих масел для обеспечения надлежащей смазки трущихся поверхностей; обеспечение теплоотвода от трущихся поверхностей; назначение необходимых защитных металлопокрытий и окраски.

В крупносерийном и массовом производствах газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия. В этих установках весь цикл химико-термической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) полностью механизирован и автоматизирован. В печах непрерывного действия для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют природный газ, об. %: 95—97 эндогаза (20 % СО, 40 % Нг и 40 % Ni) * и 3—5 природного газа.

Твердость в значительной степени зависит от состава материала, его температуры нагрева и предварительной технологической обработки (цементация, отжиг, закалка, механическое упрочнение и т.д.).

В крупносерийном и массовом производствах газовую цементацию проводят в безмуфельных печах непрерывного действия, В этих установках весь цикл химико-термической обработки (цементация, закалка и низкий отпуск) полностью механизирован и автоматизирован. В печах непрерывного действия для цементации применяют эндотермическую атмосферу, в которую добавляют природный газ, % (объемн.): 92—95 эндогаза и 3—5 природного газа. Эндотермическая атмосфера (20 % СО, 40 % Н2 и 40 % N2) ** получается частичным сжиганием природного газа или другого углеводорода в специальном эндотермическом генераторе при 1000—1200 °С в присутствии катализатора и невысоком коэффициенте избытка воздуха. В генераторе протекает следующая реакция: СН4 4- 0,5 (О2 + 4- 3,8 N,)->CO-f 2На+ 1,9 Ng.

Высоколегированные хромоникелевые стали с 3—4% Ni (типа 12ХНЗА, 12Х2Н4А) применяются в значительно меньших масштабах. В зарубежной практике также наиболее широко используются среднелегированные цементуемые стали, для упрочнения которых с успехом может быть применен более рациональный метод химико-термической обработки — цементация и непосредственная закалка с подстуживанием (или без подстуживания).

Высокие твердости рабочих поверхностей зубьев получают с помощью объемной закалки с низким отпуском, поверхностной закалки ТВЧ, химико-термической обработки — цементации, нитроцемента-ции и азотирования.

Высокая поверхностная твердость и износостойкость при минимальном искажении формы зубьев достигаются с помощью азотирования (табл. 13); оно особенно ценно в тех случаях, когда после термической обработки не применяют отделочных операций (например, для колес с внутренними зубьями). По сопротивлению выкрашиванию азотированные зубчатые колеса при NHE > Л'яо и цементованные приблизительно равноценны. При относительно малых NНЕ (и особенно при больших диаметрах зубчатых колес) азотирование уступает цементации [18].

Высокие твердости рабочих поверхностей зубьев получают с помощью объемной закалки с низким отпуском, поверхностной закалки ТВЧ, химико-термической обработки — цементации, нитроцемента-ции и азотирования.

Высокая .поверхностная твердость и износостойкость при минимальном искажении формы зубьев достигаются с помощью азотирования (табл. 13); оно особенно ценно в тех случаях, когда после термической обработки не применяют отделочных операций (например, для колес с внутренними зубьями). По сопротивлению выкрашиванию азотированные зубчатые колеса при N^E > Л'яо и цементованные приблизительно равноценны. При относительно малых N НЕ (и особенно при больших диаметрах зубчатых колес) азотирование уступает цементации [18].

Образцы сталей (0,07—0,15% С, 0,80—1,20% Мп, 0,20—0,30% S, и 0,35—0,45% С, 0,60—1,00% Мп) после различных видов обработки — цементации, борирования и мягкого азотирования •— испытывали на износ <пр.и сухом трении (поверхностная мякротвер-доеть 7,85, 14,72 и 6,87 кН/мм2 соответственно) с нагрузками 30— 275 Н. При износе у борированных образцов, как и у азотированных, отсутствовал перенос частиц одной поверхности трения на другую. Продолжительность полного износа борированного слоя была обратно -пропорциональна приложенной нагрузке. На осно-ва'нии результатов испытаний установлено, что борирование является оптимальной химико-термической обработкой.

НОРМАЛИЗАЦИЯ СТАЛИ — процесс термич. обработки, заключающийся в нагреве стали на 30—50° выше верхней критич. точки Ася, выдержке при этой темп-ре н охлаждении на воздухе. Н. с. производят для уменьшения размера зерна, выросшего при перегреве во время горячей механич. обработки, цементации или сварки. При этом повышаются механич. св-ва, гл. обр. ударная вязкость. Для исправления сильно перегретой стали иногда производят нормализацию при темп-ре на 100—150° выше Ас.л (см. Перегрев стали). Нормализацию малоуглеродистой и средне-углеродистой нелегированной и малолеги-рованнон конструкционно!! стали проводят также для улучшения механич. обрабатываемости. Во многих случаях Н. с.— операция, подготовляющая структуру к последующей закалке. Среднелегированная и высоколегированная конструкционная стали, а также мартенситная нержавеющая сталь, нагретые выше критич. интервала и охлажденные на воздухе, подвергаются при этом частичной или полной закалке. Многие высоколегированные конструкционные и все мартенситные нержавеющие стали при нормализации подвергаются полной закалке.

Во многих случаях ответственные детали после цементации и термической обработки подвергают шлифованию. Шлифование может вызвать в тонких поверхностных слоях детали значительные остаточные растягивающие напряжения. Применение после шлифования обкатки роликами цементованных образцов резко улучшает распределение остаточных напряжений и повышает предел выносливости.

На основании проведенных исследований и практического опыта можно заключить, что в результате химико-термической обработки (цементации или цианирования) предел выносливости деталей значительно повышается. Это особенно характерно для деталей с концентраторами напряжений. Наибольшее практическое применение поверхностный наклеп нашел для цементованных зубчатых колес, где в результате этой операции несущая способность повышалась в 2 раза, а долговечность в несколько раз.

Химико-термическая обработка инструментов. С целью повышения режущих свойств инструменты подвергаются следующим видам химико-термической обработки: цементации, азотированию, цианированию и хромированию.

Поверхностное упрочнение, обычно достигаемое либо применением химикотермическрй обработки — цементации, цианирования или азотирования, либо поверхностной закалкой с нагревом токами высокой частоты или кислородно-ацетиленовым пламенем, может быть осуществлено также и путем насыщения металлами — алюминием, кремнием, хромом, бором и др.

Нормализация стали проводится для уменьшения размеров зерен, выросших при перегреве детали во время горячей механической обработки, цементации или сварки. При этом повышаются механические свойства, главным образом ударная вязкость.