Цементация стали в твердом карбюризаторе

Билет №19

1. Виды термохимической обработки (цементация, азотирование, диффузионная металлизация)

2. Шероховатость поверхностей (определение, параметры, обозначение на чертежах)

Химико-термическая обработка стали.

Химико-термическая обработка (ХТО) – процесс изменения химического состава, микроструктуры и свойств поверхностного слоя детали.

Изменение химического состава поверхностных слоев достигается в результате их взаимодействия с окружающей средой (твердой, жидкой, газообразной, плазменной), в которой осуществляется нагрев.

В результате изменения химического состава поверхностного слоя изменяются его фазовый состав и микроструктура,

Основными параметрами химико-термической обработки являются температура нагрева и продолжительность выдержки.

В основе любой разновидности химико-термической обработки лежат процессы диссоциации, адсорбции, диффузии.

Диссоциация – получение насыщающего элемента в активированном атомарном состоянии в результате химических реакций, а также испарения.

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Адсорбция – захват поверхностью детали атомов насыщающего элемента.

Адсорбция – всегда экзотермический процесс, приводящий к уменьшению свободной энергии.

Диффузия – перемещение адсорбированных атомов вглубь изделия.

Для осуществления процессов адсорбции и диффузии необходимо, чтобы насыщающий элемент взаимодействовал с основным металлом, образуя твердые растворы или химические соединения.

Химико-термическая обработка является основным способом поверхностного упрочнения деталей.

Основными разновидностями химико-термической обработки являются:

· цементация (насыщение поверхностного слоя углеродом);

· азотирование (насыщение поверхностного слоя азотом);

· нитроцементация или цианирование (насыщение поверхностного слоя одновременно углеродом и азотом);

· диффузионная металлизация (насыщение поверхностного слоя различными металлами).

Цементация.

Цементация – химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя атомами углерода при нагреве до температуры 900…950 o С.

Цементации подвергают стали с низким содержанием углерода (до 0,25 %).

Нагрев изделий осуществляют в среде, легко отдающей углерод. Подобрав режимы обработки, поверхностный слой насыщают углеродом до требуемой глубины.

Глубина цементации (h) – расстояние от поверхности изделия до середины зоны, где в структуре имеются одинаковые объемы феррита и перлита ( h. = 1…2 мм).

Степень цементации – среднее содержание углерода в поверхностном слое (обычно, не более 1,2 %).

Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств цементита вторичного, сообщающего слою повышенную хрупкость.

На практике применяют цементацию в твердом и газовом карбюризаторе (науглероживающей среде).

Участки деталей, которые не подвергаются цементации, предварительно покрываются медью (электролитическим способом) или глиняной смесью.

Цементация в твердом карбюризаторе.

Почти готовые изделия, с припуском под шлифование, укладывают в металлические ящики и пересыпают твердым карбюризатором. Используется древесный уголь с добавками углекислых солей ВаСО3, Na2CO3 в количестве 10…40 %. Закрытые ящики укладывают в печь и выдерживают при температуре 930…950 o С.

За счет кислорода воздуха происходит неполное сгорание угля с образованием окиси углерода (СО), которая разлагается с образованием атомарного углерода по реакции:

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Образующиеся атомы углерода адсорбируются поверхностью изделий и диффундируют вглубь металла.

Недостатками данного способа являются:

· значительные затраты времени (для цементации на глубину 0,1 мм затрачивается 1 час);

· низкая производительность процесса;

· сложность автоматизации процесса.

Способ применяется в мелкосерийном производстве.

Газовая цементация.

Процесс осуществляется в печах с герметической камерой, наполненной газовым карбюризатором.

Атмосфера углеродосодержащих газов включает азот, водород, водяные пары, которые образуют газ-носитель, а также окись углерода, метан и другие углеводороды, которые являются активными газами.

Глубина цементации определяется температурой нагрева и временем выдержки.

· возможность получения заданной концентрации углерода в слое (можно регулировать содержание углерода, изменяя соотношение составляющих атмосферу газов);

Читать также:  Из чего состоит проволока

· сокращение длительности процесса за счет упрощения последующей термической обработки;

· возможность полной механизации и автоматизации процесса.

Способ применяется в серийном и массовом производстве.

Изобретение относится к химико-термической обработке, в частности к составам для цементации в твердых карбюризаторах. Цель изобретения — повышение насыщающей способности карбюризатора и улучшение сплавляемости обработанных в нем жеребеек с чугуном. Состав содержит, мас.%: гипофосфит кальция 8-12

углекислый кальций 1-3

углекислый барий 6-10

роданистый марганец 0,8-2,4

гашеная известь 12-16

древесный уголь остальное. 2 табл.

РЕСПУБЛИК цд4 С 23 С 8/64

К АВТОРСКОМ .К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

1 (21) 4393395/31-02 (22) 15.03.88 (46) 15.10.89. Бюп. И 38 (71) Краматорский индустриальный институт (72) А.В. Дубинин, И.П. Катасонов, А.В. Грановский и Н.А. Антонов (53) 621.785.52 (088.8) (56) Зуев В.M. Термическая обработza металлов. M. Высшая школа, 1981, с. 102. (54) СОСТАВ КАРВЮРИЗАТОРА ДЛЯ ЦЕ-МЕНТАЦИИ

Изобретение относится к химикотермической обработке металлов; в частности к составам для цементации в твердых карбюризаторах.

Целью изобретения является повышение насыщающей способности карбюриз атора, улучшение сплавляемости обработанных в нем жеребеек с чугуном.

Карбюризатор, содержащий древесный уголь, углекислый кальций, углекислый барий, дополнительно содержит гипофосфит кальция, роданистый марганец, гашеную известь при следу-. ющем содержании компонентов, мас.%:Гипофосфит кальция 8-12

Углекислый кальций 1-3

Углекислый барий 6-10

Роданистый марганец 0,8-2,4

Гашеная известь 12-16

Древесный уголь Остальное

? (57) Изобретение относится к химико. термической обработке, в частности . к составам для цементации в твердых карбюризаторах. Цель изобретения-повышенне насыщающей способности карбюризатора и улучшение сплавляемости обработанных в нем жеребеек с чугуном. Состав содержит, мас.%: гипофосфит кальция 8-12 углекислый кальций 1-3 углекислый барий 6-10; роданистый марганец 0,8-2,4 гашеная известь 12-16, древесный уголь остальное. 2 табл.

В предлагаемом составе гашеная известь применяется для ускорения процесса насыщения поверхности жере беек; гипофосфит кальция применяется для снижения температуры плавления поверхности обрабатываемых жеребеек; роданистый марганец применяется с целью улучшения сплавляе-, мости обработанной жеребейки с чугуном.

Древесный уголь является основным источником углерода в составе карбюризатора. Древесный уголь окисляется воздухом, находящимся в порах между частицами карбюризатора:

Окись углерода на поверхности обрабатываемой детали окисляется до углекислого газа, при этом выделяется атомарный углерод

2СО = СО + С.1,514825

Атомарный углерод диффундирует в поверхность жеребейки насыщения ее углеродом.

Углекислый кальций препятствует спеканию карбюризатора, повышает его активность.

Углекислый барий при нагреве выделяет углекислый гаэ, который восстанавливается древесным углем до 10 окиси углерода, способствует переносу углерода на обрабатываемую поверхность.

При содержании углекислого кальция менее 1 не достигается нужный 15 эффект, при содержании углекислого кальция ниболее 3% дальнейшего улучшения свойств карбюризатора не наб>людается. При содержании углекислого бария менее б не достигается 20 желаемый эффект, при содержании углекислого бария более 10Х увеличивается токсичность карбюриэатора без дальнейшего улучшения технологических свойств.

Гипофосфит кальция служит источником фосфора в карбюризаторе. фосфор BoccTBHGBJIHHGeT(древесным углем из гипофосфита кальция до элементарного, причем в момент выделения находится в наиболее активном атомарном виде. Фосфор диффундирует в поверхность жеребейки, где входит в состав эвтектик с железом, мар— ганцем. Эвтектики фосфора легкоплав- 35 .ки, жидкотекучи, обладают самофлюсующими свойствами и поэтому облегчают смачивание жидким чугуном поверхности жеребеек. При содержании гипофос— фита кальция менее 8 желаемый зф- 40 фект не достигается, при содержании гипофосфита кальция б>олее 12 ухудшается качество поверхности обработанной жеребейки.

Читать также:  Как резать ламинат лобзиком без сколов

Гашеная известь является источни- 45 ком водорода, Гашеная известь распадается при нагреве

Са(ОН) CaO + Н О, Образующиеся пары воды реагируют с углеродом:

Водород, выделян>щийся в атомар55 ной форме, реагирует с углеродом, при этом образуются углеводородные соединения, которые являются более эффективным звеном„ передающим углерод к обрабатываемой поверхности, чем окись углерода, Кроме того, водород вступает в реакцию с фосфором и серой и также способствуют их переносу на обрабатываемую поверхность жеребейки. Образующаяся окись кальция препятствует спеканию карбюризатора, При содержании гашеной извести менее 12Х ее влияние оказывается недостаточным, при содержании гашеной извести более 1бХ дальнейшего улучшения свойств карбюризатора не происходит.

Роданистый марганец служит дополнительным источником углерода, а также источником марганца, серы и азота в карбюризаторе.

При распаде роданистого марганца выделяется марганец, проникающий в глубь обрабатываемой поверхности.

Марганец, имея сродство к кислороду большее, чем железо, при заливке жеребейки жидким чугуном восстанавливает окислы железа, образуя легкоплавкие окислы марганца, всплывающие на поверхность чугуна; марганец снижает кипение металла за счет образования окиси углерода, так как вместо газообразной окиси углерода образуются при заливке окислы марган-. ца, находящиеся в жидком состоянии.

Тем самым роданистый марганец способ" ствует герметичности отливки вместе постановки жеребейки. Кроме того, марганец образует легкоплавкие эвтектики с серой и фосфором, улучшая тем самым процесс смачивания поверх» ности жеребейки жидким чугуном. Роданистый марганец является также источником серы. Сера, насыщая поверхность обрабатываемой жеребейки, совместно с фосфором понижает температу- ру ее плавления, способствуя улучшению смачиваемости поверхности жеребейки жидким чугуном. Кроме того, роданистый марганец служит источником азота, насыщающего поверхность жеребейки, что препятствует отбелу чугуна по линии сплавления его с жеребейкой, так как азот является аустенизатором. При содержании роданистого марганца менее 0,8 его влияние оказывается недостаточным, при содержании роданистого марганца более 2,4Х дальнейшего улучшения свойств карбюриэатора не происходит.

Цементация стали в твердом карбюризатореи в течение длительного времени выдерживают при этой температуре, затем охлаждают и подвергают термической обработке.

Цементация стали в твердом карбюризаторе

При контакте со стальными деталями окись углерода разлагается на двуокись углерода и атомарный углерод:

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Атомарный углерод адсорбируется поверхностью детали и диффундирует в сталь, растворяясь в у-фазе:

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Если атомарный углерод образуется в большом количестве (больше, чем может продиффундировать в сталь), то он превращается в молекулярной и отлагается на поверхности детали в виде сажи.

Цементация стали в твердом карбюризаторе(в количестве 10—25%) При добавлении этих солей протекают реакции:

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Углекислый натрий в начале процесса цементации действует энергично в связи с тем, что в начальной стадии цементации в ящике содержится до 50% СО и выше; далее содержание окиси углерода понижается и активность углекислого натрия постепенно ослабляется.

Цементация стали в твердом карбюризаторемогут быть

Цементация стали в твердом карбюризаторев количестве

Цементация стали в твердом карбюризатореотличающегося большой реакционной способностью. Применение в качестве активизаторов ацетатов позволяет заменить часть древесного угля более теплопроводным и имеющим меньшую усадку каменноугольным полукоксом.

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Цементация стали в твердом карбюризаторедобавляют для предотвращения спекания карбюризатора.

При использовании в качестве активизаторов ацетата натрия и ацетата бария рекомендуются следующие составы карбюризаторов: 1) 90—95% полукокса; 5—10% ацетата бария; 2) 78—80% полукокса, 10—15% древесного угля; 5—10% ацетата бария.

Читать также:  Машинка для ощипывания птицы своими руками

Свежеприготовленный карбюризатор действует слишком активно. Для цементации пользуются смесью, состоящей из 20—

Цементация стали в твердом карбюризаторе

Цементация стали в твердом карбюризаторечто является вполне достаточным. Увеличение количества активизатора уже не влияет на ускорение цементации.

Применяемый в качестве основной составной части карбюризатора древесный уголь должен быть прочным, определенной зернистости (4—10 мм в поперечнике). При меньшей зернистости древесного угля нарушается циркуляция газов в цементационных ящиках; при большей — уменьшается общая поверхность карбюризатора, что понижает активность процесса. Карбюризатор должен сохранять достаточную прочность, не дробиться и не образовывать пыли, содержать незначительное количество вредных примесей (золы, серы и др.) и давать минимальную усадку при температурах цементации. Сера (при содержании более 0,1%) диффундирует в металл и разъедает поверхность. Карбюризатор должен быть сухим (влажность не более 5—696), так как вода, испаряясь при температурах цементации, влияет на состав газовой среды и замедляет процесс.

Технология цементации. Конструкция цементационных ящиков оказывает большое влияние на продолжительность процесса цементации и качество цементуемых деталей. К цементационному ящику предъявляются следующие требования: 1) форма ящика должна приближаться к форме цементуемых деталей; 2) должен быть обеспечен наиболее быстрый прогрев деталей; 3) рабочее пространство печи должно использоваться эффективно. Для цементации применяют прямоугольные ящики (наибольшие размеры ящика 250x500x300 мм). Ящики изготовляют из стали, чугуна и жаростойких сплавов; стойкость сварных ящиков до 150—200 ч, литых (стальных и чугунных) — 250—500 ч, из жаростойких сплавов — 4000—6000 ч. С целью повышения стойкости цемента-шюнные ящики целесообразно подвергать алитированию. Упаковка деталей в цементационный ящик производится следующим образом (рис. 90).

На дно ящика насыпают слой карбюризатора 2 толщиной 30—40 мм; на него укладывают первый ряд деталей 3. Расстояние между деталями и между деталями и стеной ящика 20—25 мм. На первый ряд деталей насыпают слой карбюризатора толщиной 20— 25 мм, укладывают следующий ряд деталей 4, снова засыпают карбюризатором, и так до полного заполнения ящика. Верхний ряд деталей засыпают слоем карбюризатора толщиной 20—35 мм, При упаковке деталей карбюризатор плотно утрамбовывают, Сверху укладывают лист асбеста, ящик закрывают крышкой 5 и обмазывают глиной. Через отверстия, имеющиеся в крышке, в ящик вставляют два указателя 6, служащие для контроля цементации.

Ящики с упакованными в них деталями сушат на воздухе и затем устанавливают в печь, нагретую до температуры цементации (900—950° С); при этом температура печи снижается. При температуре 780—800° С следует проводить сквозной прогрев ящиков, что обеспечивает более равномерную цементацию. Затем температуру быстро повышают до 900—950° С и выдерживают в зависимости от требуемой толщины слоя: при толщине слоя до 1 мм скорость цементации составляет 0,15 мм/ч; при толщине слоя более 1 мм—0,1 мм/ч.

Ниже приведены данные, характеризующие зависимость толщины слоя от продолжительности выдержки при температуре цементации 920—930° С:

Цементация стали в твердом карбюризаторе

После окончания цементации ящики вынимают из печи и охлаждают на воздухе до температуры не выше 100° С; затем ящики разбирают.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *