43. Поверхностная закалка сталей с газопламенным нагревом и сталей с пониженной и регламентируемой прокаливаемостью.

Закалка с газопламенным нагревом. Этот способ закалки применяют для крупных деталей (прокатных валков, валов и т.д.). Поверхность детали нагревают газовым пламенем, имеющим высокую температуру (2400-3150 С). Вследствие подвода значительного количества тепла поверхность детали быстро нагревается до температуры закалки, тогда как сердцевина ее не успевает нагреться. Последующее быстрое охлаждение обеспечивает закалку только поверхностного слоя. В качестве горючего применяют ацетилен, светильный и природный газ, а также керосин. Для нагрева используют щелевые (имеющие одно отверстие в форме щели) и многопламенные горелки.

Толщина закаленного слоя равна 2-4мм, а его твердость для стали с 0.45-0.5%С HRC 50-56. В тонком поверхностном слое образуется мартенсит, а в нижележащих слоях троосто – мартенсит. Газопламенная закалка вызывает меньшие деформации, чем объемная. Процесс газопламенной закалки можно автоматизировать и включить в общий поток механической обработки. Для крупных деталей этот способ закалки часто более рентабелен, чем закалка с индукционным нагревом.

44. Цементация. Сущность процесса, получаемые свойства, назначение.

Цементация – процесс диффузионного насыщения стали углеродом. Температура цементации находится в пределах 910-950˚С (обычно 920-930˚С).

Различают цементацию в твердом карбюризаторе (древесный уголь + BaCO₃) и газовую цементацию (с использованием природного газа, пропана, бутана, керосина и др.).

При цементации в твердом карбюризаторе насыщающей средой является древесный уголь в зернах размером 3,5-10мм. Для ускорения

процесса к древесному углю добавляют активизатор – BaCO₃ (иногда с содой Na₂CO₃) в количестве 10-40% от массы угля. Цементацию ведут в стальных коробках с карбюризатором, укладывая детали таким обра-зом, чтобы карбюризатор окружал их со всех сторон. Коробки закрывают крышкой и для герметичности зазоры промазывают огнеупорной

глиной. Цементацию ведут в камерной электропечи. Процесс длится в зависимости от требуемой глубины слоя и марки стали от 5 до 15 часов.

Внутри коробки кислород воздуха взаимодействует с углеродом карбюризатора:

2С + О₂ → 2СО

Образовавшаяся окись углерода диссоциирует:

2СО → СО₂ + С_ат

Углекислые соли активизируют процесс, выделяя дополнительное количество окиси углерода, которая, диссоциируя, также выделяет атомарный углерод.

После цементации коробки охлаждают до 500-400˚С и затем открывают.

Газовую цементацию осуществляют в герметичных (обычно шахтных) электропечах, снабженных вентилятором для создания однородной атмосферы в рабочем пространстве печи. В печь подается через трубопровод природный газ, состоящий почти полностью из метана СН₄. При отсутствии природного газа используют пропан, бутан, а чаще – жидкие углеводороды (керосин, бензол и др.), которые подаются в печь через специальную капельницу.

В результате диссоциации углеводородов образуется атомарный углерод и водород:

СН₄ → 2Н₂ + С_ат

Продолжительность газовой цементации несколько меньше, чем цементации в твердом карбюризаторе.

Окончательные свойства цементованных деталей достигаются путем термической обработки, выполняемой после цементации.

Для получения качественных изделий проводят двойную термообработку: вначале нормализацию или закалку с нагревом выше Ас₃ для исправления крупнозернистой структуры сердцевины, а затем закалку с нагревом выше Ас₁ и низкий отпуск для придания необходимых свойств поверхностному слою. В результате получается вязкая мелкозернистая сердцевина и твердый поверхностный слой, состоящий из мелкоигольчатого мартенсита. Твердость слоя 60-64HRC. Оптимальная твердость сердцевины 30-40HRC. Наличие высокой твердости поверхности, плавный переход к вязкой сердцевине обеспечивают высокие эксплуатационные свойства цементованных деталей. Глубина слоя – 0,5-2,5 мм.

Цементацию обычно применяют для высоконагруженных деталей, работающих в условиях динамических нагрузок при температуре не выше 200˚С (не выше температуры низкого отпуска): для нагруженных шестерен, шеек валов, пальцев, осей, деталей храповых механизмов и др.

Для цементации используют низкоуглеродистые стали 15, 20 (для деталей, работающих в основном на износ и не требующих высокой прочности сердцевины), стали 15Х, 20Х, 18ХГТ, 25ХГТ (для нагруженных деталей небольших сечений); для крупных деталей, работающих на износ при высоких удельных нагрузках применяют более легированные стали 12ХН3А, 12Х2Н4А, 20Х2Н4А, а для особо крупных и высоконагруженных деталей – хорошо прокаливающуюся сталь 18Х2Н4ВА.