|
ОЦК с параметром a равным 2,86(. Хром растворяется в [pic] и [pic].
Максимальная растворимость в [pic]=0,5% при 20°С, в [pic]=12,8% при 510°С.
Хром относится к легирующим элементам, повышающим критические точки Ас3 и
Ас1(рис.4).
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | | | | | | |
| | | |
| | | |
| | |Рис.5 Влияние хрома |
на твёрдость цементо-
Рис.4 Часть диаграммы
ванного слоя
состояния Cr-Fe
Хром понижает температуру начала мартенситного превращения (Мн) и
увеличивает содержание аустенита остаточного. Хром является
карбидообразующим элементом: при взаимодействии с углеродом образуются
карбиды Cr7C3; Cr26C3, растворяющиеся при нагреве. Хром сильно увеличивает
прокаливаемость и снижает критическую скорость закалки. Хром увеличивает
прочность, при содержании более 1% снижает пластичность и ударную вязкость.
Хром повышает твёрдость цементованного слоя при увеличении его содержания
до 2...3%. Дальнейшее увеличение содержания хрома не приводит к повышению
твёрдости цементованного слоя, поэтому в данной стали содержание хрома как
раз и составляет около 2% (Рис.5). Хром оказывает значительное влияние на
изменение концентрации углерода в цементованном слое. При увеличении
содержания хрома концентрацию углерода следует повышать. На толщину
цементованного слоя и величину зерна хром не влияет.
Влияние никеля.
Никель (Ni) содержится в стали в количестве 0,8...1,2%; имеет:
температуру плавления 1455°С; плотность 8,91 г/см(; кристаллическую решётку
ГЦК с параметром a равным 3,51(. Никель растворяется в [pic] и [pic].
Максимальная растворимость в [pic]равна 80%, в [pic] никель растворяется
неограниченно, то есть является аустентообразователем. Никель понижает
критические точки Ас3 и Ас1, повышает критическую точку А4 (Рис.6),
понижает температуру начала мартенситного превращения (Мн), увеличивает
количество аустенита и уменьшает склонность зерна аустенита к росту.
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | | | | |Рис.7 Влияние | |Рис.8 Влияние |
| | | | | | |никеля | |нике- |
| | | | | | | на твёрдость | |ля на |
| | | | | | |цемен- | |твёрдость це- |
| | | | | | |-тованного слоя| |ментованного |
| | | | | | |после | |слоя |
закалки и отпуска
Рис.6 Часть диаграммы
состояния Fe-Ni
Сталь, легированная никелем, хорошо обрабатывается резанием, шлифуется
и сваривается. Никель несколько уменьшает толщину цементованного слоя,
способствует измельчению зерна сердцевины. Изменение содержания никеля от 0
до 2% не оказывает существенного влияния на теплопрочность и твёрдость
стали. При содержании 0,8...1,2% в стали 12Х2НВФА никель обеспечивает
хорошие механические свойства. Никель повышает прочность и делает сталь
менее чувствительной к пластической деформации. Никель оказывает большое
влияние на структуру и свойства цементованного слоя (Рис.7). Он затрудняет
диффузию углерода, вызывает уменьшение глубины слоя. В сталь нельзя вводить
большое количество никеля, так как уменьшается твёрдость цементованного
слоя за счёт образования остаточного аустенита (Рис.8). Никель в комбинации
с другими элементами, например с хромом, способствует увеличению прочности
при повышенных температурах. Это единственный элемент, который повышая
твёрдость и прочность, не снижает пластичность и вязкость.
Влияние вольфрама.
Вольфрам (W) содержится в стали в количестве 1,0...1,4%. Имеет:
температуру плавления 3410°С; плотность 19,3 г/см(; кристаллическую решётку
ОЦК с параметром a равным 3,16(. Вольфрам повышает критическую точкуА1, тем
самым он сужает
[pic]- область и расширяет [pic]- область (Рис.9).
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
Рис.9 Часть диаграммы
состояния Fe-W
Присутствие в стали вольфрама препятствует образованию грубой
цементитной сетки, обуславливающей хрупкость поверхностного слоя при
увеличении глубины слоя цементации. Вольфрам сильнее хрома повышает
устойчивость стали против отпуска. Вольфрам отрицательно влияет на
тепопроводность стали. Таким образом вольфрам, в данной стали повышает
твёрдость цементованного слоя.
Влияние ванадия.
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
| | | | | |
Рис.10 Часть диаграммы
состояния Fe-V
Ванадий является сильным карбидообразующим элементом, способен
упрочнять твёрдый раствор. При взаимодействии с углеродом ванадий образует
карбид VC и тем самым повышает твёрдость цементованного слоя.
6. Разработка технического процесса термической обработки детали
Выбор операций термической обработки и определение режимов операций
Цементация.
Цементация - процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом с
целью повышения прочности, твёрдости и износостойкости поверхностного слоя.
За глубину цементованного слоя принимают расстояние от поверхности до
переходной зоны.
Различают следующие виды цементации: цементация с применением
твёрдого карбюризатора; газовая цементация с применением жидкого или
газового карбюризатора.
Наиболее перспективным является газовая цементация. По сравнению с
цементацией в твёрдом карбюризаторе она имеет следующие преимущества:
значительно сокращается длительность процесса благодаря быстрому нагреву
детали; возрастает пропускная способность оборудования, что ведёт к
повышению производительности труда; улучшаются условия труда; появляется
возможность автоматизации процесса.
Газовая цементация может проводиться с применением жидкого и газового
карбюризатора. В качестве жидкого карбюризатора, как правило, применяется
синтин, а в качестве газового - эндогаз.
Синтин получают из окиси углерода и водорода, образующихся при
переработке твёрдого топлива. Синтин - это бесцветная жидкость, содержащая
90% парафиновых предельных углеводородов. Скорость цементации при
применении синтина повышается на 20% и на 50% понижается выделение сажи и
кокса.
В шахтных печах жидкий карбюризатор подаётся каплями, а имеющийся
вентилятор создаёт движение газового потока, и цементация протекает
равномерно. Для уменьшения сажеобразования карбюризатор подают топливным
насосом через форсунки в распылённом состоянии. Оптимальный расход синтина
составляет 0,8л газа на 1см(. Состав образующегося газа: СО 20...28%, Н2
55...75%, СН4 2...5%. Режим подачи синтина при насыщении определяют опытным
путём.
Для легированных сталей температура цементации применяется выше точки
Ас3, когда устойчив аустенит, способный растворить в больших количествах
углерод. Для стали 12Х2НВФА имеющей точку Ас3 равной 840(С оптимальной
температурой цементации является 960(С.
При использовании жидкого карбюризатора эффективно применять
комбинированный цикл насыщения для получения на поверхности цементованного
слоя содержания углерода в пределах 0,8...1%. После цементации структура
цементованного слоя приведена на рисунке 11.
Рис.11 Структура цементованного слоя
Расчёт времени нагрева и выдержки при цементации.
Общее время пребывания детали в печи: [pic]
[pic]- время нагрева; [pic]- время выдержки; [pic]- время охлаждения.
Время нагрева рассчитывается по способу Смольникова [ ]: [pic]
[pic]- суммарный физический фактор нагрева, зависящий от температуры
нагрева, нагревательной среды и материала детали, мин/см; [pic]-
коэффициент равномерности нагрева; [pic]- геометрический показатель тела
равный отношению объёма тела V к площади его поверхности F:
[pic]
Для данной детали, имеющей форму полого цилиндра, геометрический
показатель тела W равен:
[pic]
D-наружный диаметр детали, см; d-внутренний диаметр детали, см; l-длина
детали, см.
Размеры данной детали следующие: D=3,6 см, d= 1,2 см, l=6,9 см.
Нагрев детали происходит в газовой атмосфере, поэтому коэффициент К
принимаем равным [pic]=45 мин/см [ ], а при выбранном расположении детали
[pic]=1,4 , тогда:
[pic]
Следовательно, время нагрева детали составляет:
[pic]
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
| | | | | | | |
Рис.12 График режима
цементации
Время выдержки при цементации зависит от температуры нагрева, вида
карбюризатора, особенностей стали и требуемой глубины слоя. В данном случае
цементацию проводят в газе, получаемом при разложении синтина, при
температуре 960°С. Для получения слоя глубиной 1,0...1,6 мм время выдержки
должно составлять 5 часов [ ]:
[pic]ч
Охлаждение после цементации проводим на воздухе.
Высокий отпуск.
Отпуск - это операция термической обработки стали, заключающаяся в
нагреве стали до температуры ниже Ас1, выдержке при заданной температуре и
последующем охлаждением с определённой скоростью.
В изделиях из высоколегированных хромоникелевых сталей после
цементации в структуре цементованного слоя сохраняется много остаточного
аустенита. Для его устранения проводят высокий отпуск 650°С в течение 2-10ч
[ ]. При таком отпуске происходит выделение дисперсных карбидов из
остаточного аустенита, твёрдый раствор обедняется углеродом и легирующими
элементами, повышаются температуры начала и конца мартенситного
превращения, что в итоге приводит к уменьшению количества остаточного
аустенита при последующей закалке. Такой высокий отпуск необходимо
применять и для данной стали[ ].
Расчёт времени нагрева и выдержки при высоком отпуске.
[pic]
Время нагрева при отпуске зависит от температуры, нагревательной
среды, формы и размеров детали. Для данного зубчатого колеса, имеющего
геометрический показатель тела W, равный 0,5 мм. Время нагрева при отпуске
с температурой 650°С рассчитывается по формуле [ ]:
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
| | | | | | |
Рис.13 График режима высокого
отпуска
Учитывая пониженную теплопроводность стали, увеличиваем время нагрева на
50%:
[pic].
Время выдержки определяем с учётом структурных превращений, которые
должны произойти при высоком отпуске цементованного изделия. Как следует из
литературных данных [pic] равно 2-4 ч. Принимаем [pic] равным 3ч [ ]:
[pic]ч
Закалка.
Закалка - это операция термической обработки, заключающаяся в нагреве
стали на 30-50°С выше критических точек Ас3 - для доэвтектоидных и Ас1 -
для заэвтектоидных сталей и выдержке при этой температуре для завершения
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
| 
