Термообработка после цементации

Механические свойства (твердость, износостойкость и др.) поверхностного слоя после цементации будут выше, чем у сердцевины. Однако, эти показатели можно значительно уве-личить, подвергнув детали последующей закалке, а затем отпуску.

После цементации в твердом карбюризаторе термическая обработка ответственных де-талей состоит из двойной закалки и низкого отпуска. Первую закалку (или нормализацию) проводят с нагревом до температуры 880…900°С (выше точки А С 3 сердцевины), и назначают её для измельчения зерна сердцевины (рисунок 10.2 а). Кроме того, при нагреве в поверхност-ном слое цементитная сетка растворяется в аустените, и при быстром охлаждении при закалке она уже не образуется.

69

Рисунок 10.2 – График термообработки после цементации

Вторая закалка проводится с нагревом до температуры 760…780°С (выше точки А

С 3

поверхности). Она устраняет явление перегрева цементованного слоя и придает ему высокую твердость.

Если детали неответственные или цементации подвергаются наследственно мелкозер-нистые стали (например, 18ХГТ), то можно применять одинарную закалку с нагревом до тем-пературы 850°С. Это обеспечит измельчение зерна, полную закалку цементованного слоя и частичную перекристаллизацию, измельчение зерна сердцевины (рисунок 10.2 б).

Окончательной операцией Т.О. является низкий отпуск при температуре 160…180°C. В конечном итоге поверхностный слой приобретает структуру мартенсит отпуска, иногда с не-большими включениями цементита.

Структура сердцевины детали из углеродистой стали состоит из сорбита и феррита, а легированных сталей – из низкоуглеродистого мартенсита.

10.6 Содержание отчёта

• отчёт включаются: цель работы, описание назначения, видов и сущности цементации стали, график термообработки после цементации, результаты испытаний (таблица 10.1), гра-фик зависимости глубины цементации от её продолжительности (пункт 10.4.8), выводы.

10.7 Вопросы для контроля

10.7.1 В чем заключается сущность процесса цементации?

10.7.2 Назначение цементации?

10.7.3 Какова технология цементации?

10.7.4 Какие применяются виды цементации?

10.7.5 Что такое карбюризатор?

70

10.7.6 Какие процессы проходят при твердой цементации?

10.7.7 Газовая цементация, ее преимущества.

10.7.8 Какие структурные изменения происходят на поверхности детали?

10.7.9 Что называется глубиной цементации?

10.7.10 Каковы особенности термообработки деталей после цементации?

10.7.11 Виды термообработки цементованных изделий в зависимости от условий рабо-

ты.

10.7.12 Какие структурные изменения наблюдаются в деталях после цементации и за-калки на поверхности и в сердцевине?

71

11 Микроструктура и свойства легированных сталей

(Практическая работа)

11.1 Цель работы

Научиться проводить микроанализ легированных сталей различных марок и установить связь между химический составом, структурой, термической обработкой и свойствами.

11.2 Задание

11.2.1 Изучить справочные данные. Ознакомиться с устройством и работой приборов используемых в работе.

11.2.2 Выполнит работу.

11.2.3 Написать отчёт.

11.3 Оборудование и материалы на рабочем месте

11.3.1 Металлографический микроскоп.

11.3.2 Комплект микрошлифов легированных сталей.

11.4 План выполнения работы

11.4.1 Описать влияние легирующих элементов на свойства стали, дать их буквенное обо-значение.

11.4.2 Изобразить типы диаграмм сплавов железо–легирующий элемент.

11.4.3 Описать классификацию легированных сталей по структуре и назначению.

11.4.4 Изложить маркировку конструкционных легированных сталей, привести примеры, описать их структуру, класс, необходимую термообработку.

11.4.5 Указать маркировку инструментальных сталей, их применение.

11.4.6 Зарисовать график термообработки быстрорежущей стали.

11.4.7 Рассмотреть под микроскопом микрошлифы сталей перлитного, аустенитного, фер-ритного, ледебуритного классов, зарисовать их структуру, указать марку.

11.4.8 Описать изменение микроструктуры и свойств стали после различных видов термо-обработки, привести примеры применения.

11.5 Справочные данные

Легированными называются стали, в которые добавляются различные элементы (легиру-ющие). Они видоизменяет строение, улучшают свойства стали.

Наибольший эффект в изменении свойств стали оказывают хром, никель, вольфрам, вана-дий, молибден, титан и др. Кремний и марганец, если их количество превышает 1%, также от-носятся к числу легирующих добавок. Легированной сталью называют сплав, в котором железа более 45%.

72

Легирующие элементы делятся по характеру воздействия на структуру стали на следую-щие: карбидообразующие (Cr, Mn, W, Мa, V, Ti), не образующие карбидов (Ni, Со, Cu, Al).

При определенном содержании легирующих элементов сталь приобретает устойчивость против коррозии, жаропрочность, жаростойкость, повышается долговечность детали.

Легирующие элементы изменяют положение критических точек стали и вид диаграммы состояния Fе–Fе 3 C. Ni, Со, Mn, Cu, Na расширяют область существования легированного аустенита (твердый раствор углерода и легирующего элемента в Fе  ) и увеличивают устойчи-вость Fe  , что дает возможность получать аустенитную структуру при комнатной температуре (рисунок 11.1 а).

Аустенитные стали немагнитны, имеют низкую теплопроводность, высокую вязкость, упрочняются при пластической деформации. Эти элементы позволяют уменьшать скорость охлаждения при закалке, увеличивают прокаливаемость стали.

Рисунок 11.1 – Типы диаграмм сплавов железо–легирующий элемент

Кремний, хром, алюминий, молибден, вольфрам, ванадий, титан, фосфор, бор увеличива-ют устойчивость  – железа (рисунок 11.1 б) и образуют стали ферритного класса. Они маг-нитны, имеют высокую теплопроводность, после отжига приобретают крупнозернистую струк-туру.

Согласно существующим стандартам легированные стали классифицируют по химиче-скому составу, по микроструктуре и по назначению.

Классификация легированной стали по структуре. В зависимости от структуры, получен-ной после нормализации (нагрев до 900ºС и охлаждение на воздухе), легированные стали делят на классы: перлитный, мартенситный, ферритный, аустенитный и карбидный (ледебуритный).

Стали перлитного класса содержат сравнительно небольшое количество легирующих эле-ментов (5…6%), мартенситные – больше, а ферритные, аустенитные и карбидные – это высоко-легированные стали.

По структуре после отжига стали делятся на доэвтектоидные, эвтектоидные, заэвтектоид-ные (имеют вторичные карбиды) и ледебуритные (имеют первичные карбиды). Доэвтектоид-ные, эвтектоидные заэвтектоидные стали обычно объединяет в один класс – перлитные стали. Ледебуритные (карбидные) стали имеют в структуре в литом состоянии эвтектику типа ледебу-рита, в которой находятся крупные частицы карбидов. Ледебуритные стали по структуре напо-минают чугуны, но в них мало углерода, их относят к сталям.

73

Классификация легированной стали по назначению. Легированные стали по назначению делятся на конструкционные, инструментальные и стали с особыми физическими свойствами.