Конструкционные стали в машиностроении (стр. 2 из 4)

Для звёздочки, подвергаемой последующей цементации оптимальная для получения обрабатываемости структура представляет собой зёрна пластинчатого перлита и хорошо дифференцированного феррита и определённым соотношением твёрдости этих составляющих. Оптимальная твёрдость феррита: 1400—1200 МПа, твёрдость перлита не должна превышать 3000 МПа по Бринеллю.

Для получения таких параметров рекоменджуется в качестве предварительной термической обработки проводить изотермический отжиг.

В случае изотермического отжига сталь нагревают на 30—50

С выше точки Ас3 (Ас3= 760 С) и сравнительно быстро охлаждают (на воздухе или переносят в другую печь) до температуры лежащей ниже А -- 700 С (обычно на 100-- 150 С) в зависимости от характера изотермической кривой распада аустенита.

Режим изотермического отжига стали 20ХН3А приведён на рис. 3:

Рис.3 Режим изотермического отжига стали 20ХН3А.

t

= 760+(30-50 С)

t

=800 С

При отжиге общая продолжительность нагрева:

Где

-- продолжительность сквозного нагрева до заданной температуры;

-- продолжительность изотермической выдержки для завершения фазовых превращений, = 2мин.

=0,1* ,мин.

Где

-- коэффициент формы, 2, -- коэффициент нагрева, 2

-- коэффициент неравномерности нагрева, 1

-- минимальный размер максимального сечения, 35,

= 0,1*35*2*2*1=14(мин.)

=14мин.+2мин.=16мин.

Окончательная термическая обработка включает цементацию, закалку неполную и отпуск низкий (рис. 4)

Цементация — процесс насыщения поверхностного слоя детали углеродом.

Основная цель цементации — получение твёрдости и износостойкости поверхности, что достигается обогащением поверхностного слоя углеродом до концентрации 0,8-1,1% и последующей закалкой. Это одновременно повышает процесс выносливости.

Рис.4 Режим окончательной термической обработки детали звёздочка.

Для цементации деталь поступает после механической обработки с припуском на шлифование 0,05-0,1мм. Части детали. Не подлежащие упрочнению защищают тонким слоем меди, наносимым электролитическим способом или специальными

Температура цементации 500-600

С. В этом случае происходит полное насыщение аустенита ферритом и образование на поверхности цементита. Этот процесс является интенсивным. При газовой цементации сокращается длительность процесса, т.к. отпадает необходимость прогрева ящиков (в случае твёрдой цементации), наполненным малотеплопроводным карбюризатором, обеспечивается возможность полной механизации процесса, его автоматизации и значительно упрочняется последующая термическая обработка изделия, т.к. закалку можно проводить непосредственно из печи.

Газовую цементацию выполняют в шахтных печах периодического действия в которые подаются углеводородные газы. Детали загружают на специальных приспособлениях в печь.

Продолжительность цементации составляет:

, (мин.),

Где h =1,3-1,5 мм,

, =225 мин;

Основной реакцией, обеспечивающей науглероживание при газовой цементации, диссоциация метана:

Окончательные свойства цементованного изделия достигаются в результате термической обработки, выполняемой после цементации. Эта обработка имеет целью:

1. Исправить структуру и изменить зерно сердцевины и цементованного слоя, неизбежно перегреваемых во время длительной выдержки при высокой температуре цементации;

2. Получить высокую твёрдость в цементованном слое;

3. Устранить карбидную сетку в цементованном слое, который может возникнуть при пересыщении его углеродом.

4. Закалку проводят выше точки А

, на 30-50 С ;

tн =700

С +(30-50 С )

tн =740

С ;

Это обеспечивает измельчение зерна цементованного слоя и частичную перекристаллизацию и измельчение зерна сердцевины. При закалке общая продолжительность нагрева, как и при отжиге составляет: 14мин.

= +

=0,1*35*2*2*1=14мин.

14мин+2мин=16мин.

Заключительной операцией термической обработки цементованного изделия является низкий отпуск при температуре 180-200

С ;

В результате термической обработки поверхностный слой приобретает структуру мартенсита с избыточными карбидами в виде глобулей.

Его твёрдость составляет59-63HRC.

Время нагрева при отпуске составляет:

120мин.+1мин.*25=125мин.

5. Механизм структурных превращений стали 20ХН3А в процессе термической и химико-термической обработки.

При термической обработке стали 20ХН3А наблюдаются следующие превращения.

1.При нагреве в процессе изотермического отжига происходит превращение перлита в аустенит выше критической точки А1:П

А;

При охлаждении ниже точки А1,

2.Превращение аустенита в перлит: А

П;

3. При охлаждении его скоростью выше критической превращение аустенита в мартенсит: А

М.

5.1. Превращение перлита в аустенит.

Процесс превращения перлита в аустенит при нагреве в доэвтектоидной стали стали происходит следующим образом.

Сталь в межфазном состоянии представляет смесь фаз феррита и карбидов переменного состава Cr

.При нагреве несколько выше критической точки Ас1 ( 700 С) на границе ферритной и цементитной фаз начинается превращение , приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется цементит (рис.5 б-г). Образующийся аустенит химически не однороден. Концентрация углерода в аустените на границе с цементитом значительно выше, чем на границе с ферритом.

Превращение

протекает быстрее, чем растворение цементита, поэтому когда вся - фаза (феррит) превращается в - фазу (аустенит), цементит ещё остаётся рис.5,д). После растворения всего цементита превращение заканчивается рис. (5,г), но образовавшийся аустенит имеет не равномерную концентрацию углерода, уменьшающуюся от центра к периферии зерна. Только после дальнейшего повышения температуры или дополнительной выдержки. Аустенит в результате диффузии углерода становится однородным по всему объёму.