Продолжение табл, VI11.12

10. Охлаждение после цементации на воздухе или в ящике; затем поверхностная закалка с нагрева токами высокой частоты

11. Газовая цементация при 1050° С с нагревом токами высокой частоты, подстуживание до 820- 850° С и закалка

12. После высокого отпуска нагретую деталь сразу же переносят в печь для дальнейшего нагрева под закалку; закалку производят в горячей среде

Измельчается зерно цементованного слоя и переходной зоны, нагретых токами высокой частоты выше критических точек

Цементуемые детали изготавливают из наследственно мелкозернистых сталей, поэтому их свойства под влиянием высокой температуры цементации не снижаются

Достигается минимальное коробление за счет применения ступенчатой закалки и совмещения нагревов

Применяется после цементации в твердом карбюризаторе и газовой цементации

Применяется для термической обработки зубчатых колес из сталей 18ХГТ и ЗОХГТ

Применяется после цементации в твердом карбюризаторе и газовой цементации низколегированных сталей. Достигается сокращение цикла обработки

при всех вариантах обработки заключительной операцией является низкий отпуск при 160- 200* с в течение 1-2 ч для уменьшения напряжений и некоторого повышения вязкости стали. Поверхностная твердость цементованной стали после закалки и низкого отпуска должна быть не менее HRC60.

* Для уменьшения коробления сложных и склонных к короблению деталей (например, зубчатых колес) закалку часто проводят в штампах. Такую закалку применяют и при других вариантах обработки цементованных деталей.

♦3 Обработку деталей холодом следует выполнять непосредственно после закалки, так как предварительный низкий отпуск или Вылеживание при комнатной температуре стабилизируют аустенит. Обработка холодом может быть- включена и в другие варианты обработки (например, пп. 3, 5, 6, 7).

Высокий отпуск сталей 18Х2Н4ВА и 12Х2Н4МА по указанному режиму не всегда обеспечивает необходимое снижение их твердости даже при большой продолжительности этой операции (24- 30 ч). Для того чтобы сократить ее, следует устранить пересыщение цементованного слоя углеродом (применяя малоактивный карбюризатор) и проводить двукратный высокий отпуск при 650** С продолжительностью 8 ч каждый с последующим медленным охлаждением

2. Охлаждение после цементации на воздухе и нагрев под закалку до температур 850-900° С. При этом обеспечивается полная перекристаллизация как сердцевины, так и науглероженного поверхностного слоя, так как нагрев производят выше критических точек Асз для данных марок стали. В связи с этим растворяется цементитная сетка по границам зерен и образующаяся в результате закалки структура значительно более мелкозерниста и однородна, чем при закалке с цементационного нагрева. Соответственно выше и механические свойства.

3. Охлаждение после цементации на воздухе и двойная закалка. Первую закалку от Температур 850-900° С применяют для измельчения структуры сердцевины и устранения цементитной сетки на поверхности. В связи с тем что эту закалку проводят только для перекристаллизации, в ряде случаев ее удается заменить нормализацией. Вторую закалку проводят от температур* 760-800° С. В результате на поверхности образуется мелкоигольчатый мартенсит с вкраплениями цементита, а в сердцевине - мелкозернистая феррито-перлитная структура. У легированной стали при полной закалке сердцевины образуется мартенситная структура, при неполной - мартенсит-Ьферрит, однако в обоих случаях в связи с низ-

ким содержанием углерода в мартенсите сердцевина будет достаточно вязкой. В результате такой термической обработки обеспечиваются высокие механические свойства стали на поверхности и в сердцевине детали. Однако в связи с высокой стоимостью двойной закалки ее применяют только при термической обработке ответственных деталей.

Цементация деталей металлургического оборудования

Приведем ряд примеров, и;люстрирующих эффективность применения цементации деталей машин.

На одном из металлургических заводов чистовые проводки скольжения для станов 260 и 330 изготавливают из стали 20Х. Для цементации их загружают в металлический короб, заполненный карбюризатором (90% древесного угля и 10% кальцинированной соды). Затем короб герметически закрывают крышкой, обмазывают огнеупорной глиной и помещают в печь. Нагрев до температуры, при которой происходит цементация (920-940° С), длится 4 ч. В результате длительной выдержки при этой температуре углерод диффундирует в поверхностный слой изделия, образуя слой эвтектоид-ного состава определенной глубины (в за-

висимости от длительности выдержки). Для проводок стана 260 выдержка при температуре цементации составляет 12-14 ч, что обеспечивает глубину проникновения углерода в поверхность детали 1,2-1,5 мм; для проводок стана 330 продолжительность выдержки составляет 15-18 ч. Это время обеспечивает глубину цементации 1,5- 1,8 мм. После цементации короба с проводками охлаждают на воздухе. Для исправления зерна сердцевины цементованные проводки нагревают в печи до 880-900° С, выдерживают при этой температуре в течение 1 ч и охлаждают на воздухе. Затем проводят закалку в воде с температуры 760 780° С. Твердость рабочей канавки после закалки должна составлять не менее HRC60- 62. Напряжения, возникшие в проводках при закалке, снимают отпуском при температуре 160-180° С. Твердость рабочей канавки после отпуска должна быть не ниже HRC60.

Заключительной операцией является хромирование в ванне, содержащей раствор следующего состава: хромовый ангидрид 240 г на 1 дм дистиллированной воды; серная кислота 2 г на 1 дм дистиллированной воды. Температура ванны 50° С, напряжение 8-10 В, плотность тока 50А/дм2. В результате выдержки проводок в ванне в течение 30 мин йолучается хромовое покрытие толщиной 0,03-0,05 мм. После хромирования рабочую канавку полируют на фетровом круге. Такая технология изготовления проводок обеспечивает их стойкость, достигающую 10 смен и более.

Длительным сроком службы отличаются цементованные цилиндрические и конические шестерни. Чаще всего их изготавливают из легированных цементуемых сталей 20Х, 12ХНЗА, 20ХНЗА, 18ХГТ и др. Углеродистые цементуемые стали применяют реже, так как материал их сердцевины, расположенной непосредственно под твердым цементованным слоем, плохо сопротивляется касательным напряжениям при срезе и напряжениям изгиба, вследствие чего во время работы часто происходят продавливание и растрескивание цементованного слоя. Сердцевина зубьев шестерен из легированных цементуемых сталей обладает большей прочностью, поэтому легированные стали следует применять для изготовления шестерен более ответственных зубчатых передач.

На металлургических предприятиях (ММК, КМК, HTiMK, им. Дзержинского, им. Кирова, Череповецком и др.) успешно проводят цементацию мелко- и крупномодульных шестерен, пальцев, втулок и роликов шлепперов, пальцев, звеньев и втулок пластинчатых цепей и т. д. В качестве примера в табл. VIIJ.13 приведены данные по технологии цементации ряда деталей металлургического оборудования.

При цементации значительно повышается срок службы деталей. Шестеренные валы электродвигателей и зубчатые ободы (венцы) роликов с индивидуальным приводом рольганга стана 500, которые ранее изготавливали из, стали 35, ежемесячно выходили из строя. Применение для их изготовления хромоникельмолибденовой стали с цемента-

цией этих деталей позволило повысить срок службы до 6 мес.

Шестерни редукторов бурильных Ыашии, изготовленные из стали 45, имели недостаточный срок службы главным образом из-за поломки зубьев. С применением Цементации шестерен, изготовленных из стали 20ХНЗА, поломки прекратились. Шестерни коробок передач привода дискового грохота, изготовленные из стали 35, работали 3- 6 мес; применение стали 20ХНЗА с цементацией позволило увеличить срок их службы до 3--5 лет. Конические шестерни (т= =6 мм, 2=42 и г=46) дифференциального редуктора привода летучих ножниц цеха холодной прокатки изготавливали из стали 20Х. Поломки зубьев происходили через 15-20 сут. После применения стали 18Х2Н4МА с цементацией поломки зубьев прекратились; срок службы шестерен увеличился до 8 мес.

В ремонтном хозяйстве различных заводов целесообразно применение цементации кислородно-ацетиленовым пламенем. При этом отмечается высокая производительность: за 30 мин цементации при 1100° С диффузионный слой достигает 0,8-1 мм, в то время как при обычной цементации этот слой получается за 8-10 ч. Наблюдаемый при этом методе интенсивный рост зерна аустенита можно легко устранить последующей нормализацией либо применением наследственно мелкозернистых сталей.

3. Азотирование

Азотированием стали называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя стальных изделий азотом при нагревании их в среде, содержащей аммиак. Азотирование производят для повышения поверхностной твердости и износостойкости изделий или защиты их поверхностей от коррозии. В связи с тем что при азотировании на поверхности возникают остаточные напряжения сжатия, повышается усталостная прочность деталей. Твердость азотированного слоя значительно выше, чем твердость цементованной стали, и сохраняется при нагреве до высоких температур, тогда как твердость цементованного слоя, имеющего мартенситную структуру, сохраняется только до 200-220° С.

Строение азотированного слоя

При азотировании стали образуются следующие фазы: а-фаза-твердый раствор азота в а-железе; у-фаза - твердый раствор на основе нитрида железа Fe4N (5,7- 6,1% N); 8-фаза - твердый раствор на основе нитрида железа FegN (8-11,2% N). При температуре выше 59 Г С существует у-фа-за, которая представляет собой твердый раствор азота в -железа. При температуре 591** С Y-фзза претерпевает эвтектоидный распад. Азотистый эвтектоид содержит 2,35% N и состоит из а- и у-фаз.

Азотирование проводят в атмосфере аммиака, который при нагреве диссоциирует по схеме 2NH3~>-2N-Ь 6Н. Степень диссоциа-

27-683

Таблица VIII.13

Режимы термической обработки некоторых деталей металлургических машин, изготовленных из цементуемых сталей {по данным металлургических вредлриятнй)