Реферат: Технология термической обработки

Хром (Cr) содержится в стали в количестве 1,9...2,4%. Имеет: температуру плавления 1655°С; плотность 7,1г/см³; кристаллическую решётку ОЦК с параметром a равным 2,86Å. Хром растворяется в и . Максимальная растворимость в =0,5% при 20°С, в =12,8% при 510°С. Хром относится к легирующим элементам, повышающим критические точки Ас3 и Ас1(рис.4).

Рис.5 Влияние хрома

на твёрдость цементо-

Рис.4 Часть диаграммы ванного слоя

состояния Cr-Fe

Хром понижает температуру начала мартенситного превращения (Мн) и увеличивает содержание аустенита остаточного. Хром является карбидообразующим элементом: при взаимодействии с углеродом образуются карбиды Cr7C3; Cr26C3, растворяющиеся при нагреве. Хром сильно увеличивает прокаливаемость и снижает критическую скорость закалки. Хром увеличивает прочность, при содержании более 1% снижает пластичность и ударную вязкость. Хром повышает твёрдость цементованного слоя при увеличении его содержания до 2...3%. Дальнейшее увеличение содержания хрома не приводит к повышению твёрдости цементованного слоя, поэтому в данной стали содержание хрома как раз и составляет около 2% (Рис.5). Хром оказывает значительное влияние на изменение концентрации углерода в цементованном слое. При увеличении содержания хрома концентрацию углерода следует повышать. На толщину цементованного слоя и величину зерна хром не влияет.

Влияние никеля.

Никель (Ni) содержится в стали в количестве 0,8...1,2%; имеет: температуру плавления 1455°С; плотность 8,91 г/см³; кристаллическую решётку ГЦК с параметром a равным 3,51Å. Никель растворяется в и . Максимальная растворимость в равна 80%, в никель растворяется неограниченно, то есть является аустентообразователем. Никель понижает критические точки Ас3 и Ас1, повышает критическую точку А4 (Рис.6), понижает температуру начала мартенситного превращения (Мн), увеличивает количество аустенита и уменьшает склонность зерна аустенита к росту.

Рис.7 Влияние никеля					Рис.8 Влияние нике-
на твёрдость цемен-					ля на твёрдость це-
-тованного слоя после					ментованного слоя

закалки и отпуска

Рис.6 Часть диаграммы

состояния Fe-Ni

Сталь, легированная никелем, хорошо обрабатывается резанием, шлифуется и сваривается. Никель несколько уменьшает толщину цементованного слоя, способствует измельчению зерна сердцевины. Изменение содержания никеля от 0 до 2% не оказывает существенного влияния на теплопрочность и твёрдость стали. При содержании 0,8...1,2% в стали 12Х2НВФА никель обеспечивает хорошие механические свойства. Никель повышает прочность и делает сталь менее чувствительной к пластической деформации. Никель оказывает большое влияние на структуру и свойства цементованного слоя (Рис.7). Он затрудняет диффузию углерода, вызывает уменьшение глубины слоя. В сталь нельзя вводить большое количество никеля, так как уменьшается твёрдость цементованного слоя за счёт образования остаточного аустенита (Рис.8). Никель в комбинации с другими элементами, например с хромом, способствует увеличению прочности при повышенных температурах. Это единственный элемент, который повышая твёрдость и прочность, не снижает пластичность и вязкость.

Влияние вольфрама.

Вольфрам (W) содержится в стали в количестве 1,0...1,4%. Имеет: температуру плавления 3410°С; плотность 19,3 г/см³; кристаллическую решётку ОЦК с параметром a равным 3,16Å. Вольфрам повышает критическую точкуА1, тем самым он сужает

- область и расширяет - область (Рис.9).

Вольфрам образует карбид W2C, который при нагреве легко растворяется в аустените. При наличии вольфрама критическая скорость закалки снижается, а прокаливаемость повышается. Уменьшается склонность к росту зерна аустенита, повышается ударная вязкость. Вольфрам намного увеличивает твёрдость цементованного слоя, уменьшает чувствительность к перегреву. Вольфрам измельчает структуру стали и увеличивает содержание углерода в поверхностном слое.

Рис.9 Часть диаграммы

состояния Fe-W

Присутствие в стали вольфрама препятствует образованию грубой цементитной сетки, обуславливающей хрупкость поверхностного слоя при увеличении глубины слоя цементации. Вольфрам сильнее хрома повышает устойчивость стали против отпуска. Вольфрам отрицательно влияет на тепопроводность стали. Таким образом вольфрам, в данной стали повышает твёрдость цементованного слоя.

Ванадий (V) содержитсяв стали в количестве 0,18...0,28%. Имеет: температуру плавления 1710°C; плотность 5,96 г/смі; кристаллическую решётку ОЦК с параметром aравный 3,03Å. Ванадий повышает критические точки А1 и А3 и понижает критическую точку начала мартенситного превращения (Рис.10). ванадий задерживает рост зерна аустенита при высоких температурах закалки. Ванадий незначительно повышает концентрацию углерода в цементованном слое. При высоком содержании ванадия глубина цементованного слоя уменьшается.

??????? ???????.

Рис.10 Часть диаграммы

состояния Fe-V

Ванадий является сильным карбидообразующим элементом, способен упрочнять твёрдый раствор. При взаимодействии с углеродом ванадий образует карбид VC и тем самым повышает твёрдость цементованного слоя.

6. Разработка технического процесса термической обработки детали

6.1 Выбор операций термической обработки и определение режимов операций

Цементация.

Цементация - процесс насыщения поверхностного слоя стали углеродом с целью повышения прочности, твёрдости и износостойкости поверхностного слоя.

За глубину цементованного слоя принимают расстояние от поверхности до переходной зоны.

Различают следующие виды цементации: цементация с применением твёрдого карбюризатора; газовая цементация с применением жидкого или газового карбюризатора.

Наиболее перспективным является газовая цементация. По сравнению с цементацией в твёрдом карбюризаторе она имеет следующие преимущества: значительно сокращается длительность процесса благодаря быстрому нагреву детали; возрастает пропускная способность оборудования, что ведёт к повышению производительности труда; улучшаются условия труда; появляется возможность автоматизации процесса.

Газовая цементация может проводиться с применением жидкого и газового карбюризатора. В качестве жидкого карбюризатора, как правило, применяется синтин, а в качестве газового - эндогаз.

Синтин получают из окиси углерода и водорода, образующихся при переработке твёрдого топлива. Синтин - это бесцветная жидкость, содержащая 90% парафиновых предельных углеводородов. Скорость цементации при применении синтина повышается на 20% и на 50% понижается выделение сажи и кокса.

В шахтных печах жидкий карбюризатор подаётся каплями, а имеющийся вентилятор создаёт движение газового потока, и цементация протекает равномерно. Для уменьшения сажеобразования карбюризатор подают топливным насосом через форсунки в распылённом состоянии. Оптимальный расход синтина составляет 0,8л газа на 1см³. Состав образующегося газа: СО 20...28%, Н2 55...75%, СН4 2...5%. Режим подачи синтина при насыщении определяют опытным путём.

Для легированных сталей температура цементации применяется выше точки Ас3, когда устойчив аустенит, способный растворить в больших количествах углерод. Для стали 12Х2НВФА имеющей точку Ас3 равной 840°С оптимальной температурой цементации является 960°С.

При использовании жидкого карбюризатора эффективно применять комбинированный цикл насыщения для получения на поверхности цементованного слоя содержания углерода в пределах 0,8...1%. После цементации структура цементованного слоя приведена на рисунке 11.

Рис.11 Структура цементованного слоя

Расчёт времени нагрева и выдержки при цементации.

Общее время пребывания детали в печи:

- время нагрева; - время выдержки; - время охлаждения.