Структура цементованного слоя

В цементованной детали содержание углерода уменьшается от поверхности к центру. В соответствии с этим распределяются и структурные составляющие. Структура цементованного слоя после медленного охлаждения от температуры цементации и изменение концентрации углерода в поверхностном слое показаны на рис.2 а, б.

Рис.2 Структура цементованного слоя (а) и изменение концентрации углерода в поверхностном слое (б)

В цементованном слое можно выделить три зоны:

1. Заэвтектоидная (поверхностная) зона, содержащая углерода более 0,9% , имеет структуру перлит и цементит.

2. Эвтектоидная зона с содержанием углерода около 0,8% имеет структуру перлита.

3. Доэвтектоидная зона (переходная), содержащая углерода менее 0,8% , имеет структуру феррит и перлит. Структура этой зоны плавно переходит в исходную структуру сердцевины (IV).

За глубину цементованного слоя y₀ принимается сумма толщины заэвтектоидной, эвтектоидной, и половины переходной (доэвтектоидной) зоны.

Термическая обработка деталей после цементации

Для структуры сталей после цементации характерна крупнозернистость, обусловленная длительным пребыванием деталей при высокой температуре. Для окончательного формирования свойств цементированной детали проводится упрочняющая термическая обработка, состоящая из закалки и низкого отпуска.

Для получения мелкозернистой структуры поверхностного слоя и сердцевины обычно после цементации в твердом карбюризаторе применяют двойную закалку по следующему режиму.

Первая закалка- с температуры 880-900°С (выше точки Ас₃)- для измельчения структуры сердцевины и устранения цементитной сетки в поверхностном слое.

Вторая закалка- с 760-780°С (оптимальная для заэвтектоидной стали)- для измельчения структуры цементованного слоя и придания ему высокой твердости, то есть получения мартенситной структуры.

После двойной закалки достигаются высокие механические свойства, но двойной нагрев увеличивает коробление деталей, способствует обезуглероживанию и усложняет процесс.

Наиболее часто применяют однократную закалку с температурой 820-850°С. Такой закалкой достигается измельчение зерна цементованного слоя, его упрочнение и измельчение зерна сердцевины.

Для деталей, подвергаемых газовой цементации, используют закалку из цементационной печи с подстуживанием до температуры 840-860°С. Подстуживание способствует уменьшению коробления деталей.

После закалки цементованные детали во всех случаях подвергают низкому отпуску при температуре 160-180°С, для снятия внутренних напряжений.

П

Рис. 3

осле термической обработки структура поверхностного слоя- мартенсит со сферическими включениями вторичных карбидов; твердость слоя HRC 58-63. Структура сердцевины деталей из углеродистых сталей- феррит и перлит; из легированных сталей- низкоуглеродистый мартенсит или бейнит. Твердость HRC 20-40.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА.

Изучение микроструктуры стали после цементации, а также после цементации и термической обработки, проводится с помощью микроскопа МИМ-7. При изучении цементованных структур следует указать, как изменяются структура от поверхности к сердцевине образца.

Измерение твердости по глубине цементованного слоя проводится на приборе модели ТК-14-250, предназначенного для измерения твердости металлов и сплавов по методу Роквелла.

ТЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА.

При выполнении данной работы сопутствующим опасным фактором является возможность поражения электрическим током. Поэтому необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности:

- выполнять только работы, предусмотренные заданием; не включать микроскоп в электросеть без разрешения преподавателя или лаборанта;

-при ощущении того, что оборудование находится под напряжением, немедленно прекратить работу и сообщить об этом преподавателю или лаборанту;

- после окончания работы отключить оборудование от электросети.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

1. Получить готовые микрошлифы цементованной стали до термообработки и термообработанные; изучить на микроскопе их структуру.

2. Зарисовать структуру образцов, начиная от его поверхности к сердцевине. Отметить на рисунке структурные составляющие. Пользоваться для этого атласом фотографий микроструктур.

3. Получить образцы цементованной стали для измерения твердости; измерить твердость по Роквеллу, производя замеры от поверхности к сердцевине.

4. Данные по измерению твердости снести в таблицу:

Расстояние, мм	HRC	Марка стали	Структура слоя

5. Построить график изменения твердости по глубине цементованного слоя. Для этого отложить по горизонтальной оси расстояние от поверхности в мм; по вертикальной- значение твердости HRC.

ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:

Металломикроскоп МИМ-7; прибор для измерения твердости по Роквеллу (ТК14-250); набор шлифов углеродистой и легированной сталей после цементации и термообработки; цементованные образцы стали 20 для измерения твердости.

СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ:

1. Порядковый номер лабораторной работы и ее название.

2. Формулировка цели работы.

3. Краткий конспект основных положений работы.

4. Схемы микроструктур углеродистой и легированной сталей после цементации и термообработки.

5. Таблица результатов определения твердости.

6. График изменения твердости в зависимости от расстояния от поверхности образца.

7. Выводы о влиянии структуры цементованного слоя на твердость.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1. Что такое цементация?

2. Назначение цементации.

3. Какие стали подвергают цементации?

4. Цементация в твердом карбюризаторе.

5. Газовая цементация.

6. Какова структура цементованного слоя?

7. С какой целью проводят термообработку после цементации?

8. Режимы термообработки.

9. Структура цементованного слоя после термообработки.

10. Как изменяется твердость по глубине цементованного слоя?

ЛИТЕРАТУРА

1. Геллер Ю. А. , Рахштадт Л. Г. Материаловедение. М.: Металлургия. 1975.- 345с.

2. Самоходний А. И., Кунявский М. Н. Лабораторные работы по металловедению и термической обработки металлов. М.: Машиностроение. 1981.

3.ПеринскийВ.В.,ЛясниковВ.Н. Оснсвы техносферного материаловедения. Саратов.: СГТУ,2009, 230с.

Составил:

Гусев Владимир Иванович

Рецензент К. Г. Бутовский

7