Конспект лекций Часть 2 Омск 2006 (075. 8) Ббк 34. 202: 34. 206я73 Б95

Газовая цементация впервые применена Павлом Петровичем Аносовым в тридцатых годах девятнадцатого столетия на златоустовском заводе, в СССР впервые внедрена на московском автозаводе имени Лихачева. Ее проводят в печах непрерывного действия. Детали помещают в печь на поддонах, подвесках или в корзинах. В качестве карбюризатора применяют есте­ственные (природные) и искусственные газы. Используют жидкие карбюризаторы (бензол, керосин, синтин), которые подаются в печь через капельницу.
При газовой цементации детали находятся в постоянном контакте с углеродосодержащими газами. При высокой температуре газы диссоциируют с выделением атомарного углерода, который оседает на поверхности стали и диффундирует в глубину детали. При газовой цементации выдержка составляет 4 – 5 ч на 1 мм глубины науглероженного слоя.
По сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе газовая цементация имеет ряд преимуществ:
нагрев деталей происходит значительно быстрее и сокращается необходимое время выдержки при цементации;
возможность регулировки количества и состава цементирующего газа;
возможность полной механизации и автоматизации процесса;
улучшение условий труда.
Газовая цементация получила широкое распространение в массовом и крупносерийном производстве, где затраты на специальное оборудование экономически целесообразны.
Микроструктура низкоуглеродистой стали после цемен­тации изменяется от поверхности к центру детали (рис. 7). Поверх­ностная зона (заэвтектоидная) имеет структуру «перлит и цементит», затем идут эвтектоидная зона (перлит) и переходная, доэвтектоидная (перлит и фер­рит). Чем ближе к сердцевине, тем больше в переходной зоне феррита и меньше перлита. За толщину цементованного слоя принимают расстояние от поверхности до середины переходной (третьей) зоны.
Задача цементации – получить высокую поверхностную твердость и износостойкость при вязкой сердцевине – не решается одной цементацией. Цементацией достигается лишь благоприятное распределение углерода по сечению. Окончательно формирует свойства цементованной детали последующая закалка с низким отпуском, при которой на поверхности получается мартенсит, а в сердцевине сохраняются низкая твердость и высокая вязкость.

Рис. 7. Микроструктура цементованной стали

Такая термическая обработка обеспечивает твердость поверхностного слоя HRC60 – 64 у углеродистых сталей и HRC58 – 62 – у легированных. Твердость сердцевины – HRC25 – 35 (в зависимости от состава стали).

Для закалки цементованные детали нагревают до 820 – 850С с охлаждением в воде. Это обеспечивает измельчение зерна и закалку цементованного слоя, а также частичную перекристаллизацию с измельчением зерна сердцевины. Структура поверхностного слоя – мартенсит с небольшим количеством вторичных карбидов, твердость – HRC56 – 63.
При повышенных требованиях к свойствам деталей применяют двойную закалку или нормализацию и закалку. Первая закалка (или нормализация) – для измельчения зерна и ис­правления структуры перегретой стали (температура – 880 – 900°С), вторая закалка (неполная) – для получения мартенсита в поверхностном слое (температура – 760 – 780°С).
Цементованные стали после закалки обязательно под­вергают низкому отпуску при температуре 160 – 180°С.
Цементация с последующей термической обработкой повышает предел выносливости стальных деталей вследствие образования в поверхностном слое остаточного напряжения сжатия и понижает чувствительность к концентраторам напряжений. Цементованная сталь обладает высокой износостойкостью и контактной прочностью.