Химико-термической обработкой
называют процесс, сочетающий термическое и химическое воздействие на
поверхностный слой стальных деталей с целью увеличения твердости и прочности
этого слоя при сохранении мягкой сердцевины детали. Применяют
химико-термическую обработку для повышения износостойкости деталей, работающих
в условиях трения. Из многих видов химико-термической обработки в кузницах не
машиностроительных предприятий обычно применяют цементацию и цианирование.
Таблица
8.3
|
Температура, °С
|
|
|
Марка стали
|
|
|
Твердость НВ
|
|
закалка в масле ——————к————————
|
отпуска
|
|
Пружина
850 ... 870 I 400 ... 460 ) 387 ... 418
|
65
|
840
|
|
|
|
|
|
OOQ
Л1&'3
|
70
|
830
|
|
|
85
|
820
|
|
269
|
65Г
|
830
|
480
|
|
60Г
|
840
|
|
241
|
70Г
|
830
|
|
|
55С2*
|
|
420 ... 460
|
341 ... 445
|
60С2 '
|
850 ... 870
|
430 ... 460
|
338 ...477
|
70СЗА
|
860
|
460 ...470 388
...445
|
|
Рессора
|
|||
55С2
|
860 ... 870
|
480 ... 500 364 ...
410
|
|
60С2
|
850 ... 870
|
400 ... 460
|
387 ... 418
|
* Для стали 55С2 закалочной средой может быть и
вода.
Цементация состоит в диффузионном
насыщении углеродом поверхностных слоев деталей, изготовленных из мягкой и вязкой
углеродистой или легированной стали с содержанием углерода меньше 0,25%,
которые по характеру использования должны иметь твердые наружные слои и вязкую
сердцевину. Например, зубчатые колеса, червяки червячных передач, поршневые
пальцы, ролики подшипников качения, трущиеся о землю детали сельскохозяйственных
машин и др.
В основном цементации подвергают
следующие марки стали: 10, 15, 20, 25, 15Г, 20Г, 15Х, 20Х3, 15ХГ, 18ХГМ, 12ХМ,
15НМ, 20НМ, 20ХН, 12Х2Н4, 20Х2Н4-
Науглероживание наружного слоя
происходит при нагреве готовых деталей в материалах, легко отдающих
Таблица 8.4
Составы
заводских карбюризаторов
Соста
в-
|
Сосгаи
карбюризаторов по номерам
|
||||||||
ляющая
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
Древесный
|
74
... 78
|
65
|
87
|
85
... 90
|
90
|
|
60
|
45
|
98
|
уголь
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углероди
|
15... 12
|
10
|
—
|
|
10
|
|
40
|
12
|
2
|
стый барий
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кальцини
|
1 ... 1,5
|
1
|
10
|
15... 10
|
|
15... 10
|
|
|
—
|
рованная
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сода
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Углекислый
|
3,5
|
1
|
3
|
|
|
|
|
|
|
кальций
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кокс
|
|
20
|
|
|
|
|
|
43
|
.
|
Торфяной
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
85 ... 90
|
—
|
|
—
|
кокс
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мазут
|
5...
4,5
|
3
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
—
|
углерод, которые
называют карбюризаторами. При этом
сталь нужно нагревать до температуры выше линии SG (см. рис. 8.2). Карбюризаторы могут быть твердыми, жидкими
и газообразными. В кузницах не машиностроительных предприятий возможно
применение цементации в твердых карбюризаторах, как наиболее простом способе.
Цементация твердым карбюризатором
состоит в размещении детали в этом карбюризаторе, нагреве до температуры
920...950°С, выдержке при этой температуре и охлаждении с карбюризатором без
доступа воздуха. В результате наружные слои детали насыщаются углеродом до
0,8...1,0% на глубину 0,5...2,4 мм.
Твердые заводские карбюризаторы
представляют собой твердую смесь, содержащую от двух до шести элементов (табл.
8.4). В кузницах же можно приготовить заменители карбюризаторов, при
использовании которых получают качество цементации не хуже, чем заводскими
карбюризаторами. Составы заменителей карбюризаторов могут быть следующими.
Первый — торф с влажностью не
более 10%, измельченный и просеянный через сито.
Второй — опилки различных
древесных пород (лучше березовые или дубовые).
Третий — опилки твердых пород
дерева 92...95% и кальцинированная сода 5...8%.
Четвертый —
подсолнечная шелуха 95% и кальцинированная сода 5%.
Опилки и шелуху
следует хорошо просушить. Карбюризаторы можно применять повторно с добавлением
к ним 25...30% свежего карбюризатора.
Процесс
цементации в твердом карбюризаторе выполняется следующим образом. Детали,
подлежащие цементации, промывают в керосине, бензине или 5%-ном растворе
каустической соды и укладывают рядами в стальной цементационный ящик (рис. 8.4,
а). Одновременно с деталями в этот
ящик укладывают два прутка диаметром 10. -.20 мм из одинаковой с
деталями стали, так чтобы концы их выходили наружу, а один пруток кладут ниже
деталей на 10... 15 мм .
Эти прутки называют «свидетелями» и применяют их для контроля процесса
цементации. Между рядами деталей и «свидетелями» насыпают карбюризатор и
утрамбовывают. Ящик закрывают стальной крышкой и щели замазывают замазкой,
состоящей из двух частей огнеупорной глины и одной части речного песка,
разведенных водой до тестообразного состояния.
Подготовленный таким образом ящик
устанавливают в (печь или горн, засыпают коксом (углем) и разводят огонь.
Температура нагрева ящика и деталей должна быть не менее 900...950°С, потому
что при 880 °С цементирующая способность опилок уменьшается, а при 820 °С происходит
обратный процесс — выделение углерода из стали. Продолжительность выдержки при
температуре 900... ...950°С зависит от желаемой глубины цементационного слоя и
может быть следующей:
Глубина слоя, мм ...... 0,4 ... 0,7
0,6 ... 0,9 0,8 ...1,2
Продолжительность выдержки, ч ............ 4,0 ... 5,0
5,5 ... 6,5 6,2 ... 10
Глубина слоя, мм ...... 1,2 ... 1,6
1,6 ...2,0 2,0 ... 2,4
Продолжительность выдержки,
ч ............ 10 ... 1,4 14 ...
19 19 ... 24
Время нагрева ящика и деталей до
температуры цементации (2...4 ч) не учитывается. Отсчет времени выдержки
начинают с момента нагрева ящика и деталей до температуры 900 °С. Глубину
цементации определяют по пруткам — «свидетелям». Ко времени предполагаемого
конца цементации прутки по очереди вынимают из ящика и вакаливают в воде. На
прутке по излому определяют глубину цементационного слоя, отличающегося от
сердцевины более светлой окраской и более мелким зерном. По Прутку, уложенному
ниже деталей, определяют окончательную ширину цементированного слоя в деталях.
После достаточной выдержки ящик с деталями и карбюризатором
охлаждают на воздухе, не нарушая замазки, Затем детали вынимают из ящика,
закаливают и подвергают низкому отпуску. Температура закалки—800... ...830°С,
отпуска— 160...200°С. Поверхность правильно цементированной детали должна иметь
матово-серебристый цвет. Наличие цветов побежалости или окалины указывает на
некачественность цементации.
Чтобы не замазывать глиной соединение ящика с крышкой, для
цементации можно применять ящик с песочным затвором (рис. 8.4, б). Детали в
него укладывают так же, как показано на рис. 8.4, а.
Места деталей, которые не требуется цементировать, омедняют
или покрывают слоем огнеупорной смеси, например, состоящей из следующих
компонентов; первая смесь—огнеупорная глина с 5...10%-ной примесью извести или
асбеста; вторая смесь — 30% огнеупорной глины^ 20% песка и 50% измельченной до
порошка окалины. , Цианирование состоит в одновременном насыщении
поверхностных слоев деталей углеродом и азотом. При этом стойкость деталей
против истирания увеличивается еще в большей степени, чем после цементации.
Наиболее простой способ цианирования мелких деталей (болтов,
гаек, губок ключей и плоскогубцев, измерительного инструмента, напильников и
др.) состоит в следующем. Деталь нагревают в печи или горне до температуры
780...850 "С. После некоторой выдержки при этой температуре деталь
вынимают из печи или горна и места,
подлежащие цианированию, равномерно со всех сторон посыпают порошком синькалн
[гексацианоферрат (II) калия 3-водный или кровяной соли. Деталь снова
нагревают, да температуры 800...850°С для расплавления порошки, Повторение этой
операции несколько раз обеспечивает насыщение поверхности стали азотом и
углеродом на глубину до 0,2
мм . После этого детали закаливают и подвергают низкому
отпуску. Твердость поверхности детали после цианирования получается такой, что
напильник по ней
будет скользить.
Для более глубокого цианирования используют пасту следующего состава: 40% голландской
сажи или торфяного кокса (малосернистого), 15% углекислого бария, 20%
углекислого натрия, 20% синькали и 5% песка. Все компоненты разводят в 15%-ном
водном растворе технической патоки или канцелярского клея до густоты, какую
имеют краски. Пасту наносят на детали слоем З...4мм для получения глубины
цианированного слоя I...1,5 мм. Детали загружают в пустые цементационные ящики
с песочным затвором (рис. 8.4, б), нагревают их до температуры. 920...930°С,
выдерживают 1...1,5ч, охлаждают, закаливают и подвергают низкому отпуску.
Для цианирования инструментальной
и быстрорежущей сталей применяют пасту, состоящую из 50% порошка древесного
угля, 25% соды и 25% синькали, которые разводят в 15%-ном водном растворе
патоки. Пасту намазывают, на инструмент слоем б...8 мм. После просушки слоя пасты
инструмент укладывают в цементационный ящик (рис. 8.4, б), пересыпая детали чугунной
стружкой, нагревают до температуры 780...820°С, выдерживают при этой
температуре 2...3 ч, охлаждают, закаливают и подвергают низкому отпуску.
Инструменты
из быстрорежущей стали могут быть подвергнуты
низкотемпературному цианированию в газовой, жидкой или твердой стредах.
Твердая среда состоит из 60...80% древесного угля с зерном 3...6 мм и 40...20%
желтой кровяной соли 1гексацианоферрат (II) калия!. измельченной в порошок.
Инструменты укладывают в ящик, пересыпая их цианирующей смесью, нагревают до
температуры 550... 560 °С, выдерживают l..-Зч в зависимости от толщины
инструмента и охлаждают ящик вместе с инструментом до температуры 200...100°С.
Однако применение жидкой и газообразной сред требует ср&-циального
оборудования и в кузницах применять их
сложно.
Режим
химико-термической обработки некоторых сталей и твердость их после такой обработки приведены Bj табл.
8.5.
Таблица 8.5
Твердость некоторых сталей после химико-термической обработки
|
|
|
|
Марка
|
|
|
|
стали
|
при температуре, °С
|
поверх-
|
|
|
|
|
сердце
|
|
|
I?RC
|
вины
НВ
|
0,8
|
Цнр,
820 ... 860 + 3, 820 ... 860, во
|
|
Не
менее
|
|
да +
Он, 160 ... 180, воздух
|
|
137
|
10.
|
То
же
|
56
... 62
|
|
15
|
Ц,
900 ... 920, воздух + 3, 760 ... 780,
|
|
146...
136
|
|
вода
+ Он, 160 ... 200, воздух
|
|
|
20
|
Ц,
920 ... 950, воздух + 3, 800 ... 820,
|
|
Не
более
|
|
вода
+ Он, 180 ... 200, воздух
|
|
156
|
25
|
Ц,
920 ... 950, воздух + 3, 820 ... 840, вода + Он, 180 ... 200, воздух
|
54
... 62
|
Не
менее
|
20Г
|
Цнр,
840 ... 860 + 3, 820 ... 840, мас
|
|
170
|
|
ло +
Он, 180 ... 200, воздух
|
|
|
Примечание. Ц— цементация,
Цнр — цианирование, остальные, как в табл. 8.3.
Комментариев нет:
Отправить комментарий