ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Класифікація і маркування чавунів

Чавуни, в залежності від форми присутності вуглецю в них, поділяють на білі, сірі, високоміцні та ковкі.

Білими називаються чавуни, в яких увесь вуглець знаходиться в зв’язаному стані у вигляді цементиту чи інших карбідів. Злам таких чавунів має матово-білий колір. Фазові перетворення в цих чавунах відбуваються за діаграмою стану Fe - Fe3C. Білі чавуни в залежності від вмісту вуглецю поділяються на доевтектичні, евтектичні та заевтектичні. Доевтектичними називаються чавуни, які містять від 2,14 до 4,3 % С, структура яких складається з перліту, цементиту вторинного і ледебуриту. Евтектичні чавуни – це чавуни, які містять 4,3 % С, структурною складовою яких є тільки ледебурит. Заевтектичними називаються чавуни, які містять від 4,3 до 6,67 % С і структура яких складається з ледебуриту та цементиту первинного. Білі чавуни мають високу твердість (НВ 4500...5500) та крихкість і для виготовлення деталей машин не використовуються.

У сірих, високоміцних та ковких чавунах на відміну від білих вуглець частково або повністю знаходиться у вільному стані у вигляді графіту. Графіт надає зламу таких чавунів сірий колір і тому вони називаються сірими.

Структура сірих, висоміцних і ковких чавунів складається з металічної основи і графіту різної форми – пластинчастої, кулястої і пластівцевої. Чавуни, в яких графіт має пластинчасту форму, називаються звичайними сірими, кулясту форму – високоміцними, пластівцеву форму – ковкими.

Графіт має низькі механічні властивості і тому можна вважати , що місця, які він займає – це пустоти в металі. Пластинчаста форма в найбільшої ступені послаблює металічну основу, виступаючи концентраторами напруг (особливо при розтягуванні). Куляста форма графіту є найбільш привабливою. Кулястий графіт є менш сильним концентратором напруг, ніж пластинчастий графіт. Тому чавуни з кулястим графітом мають вищу міцність і при тому деяку пластичність. Пластівцева форма є проміжною між пластинчастою і кулястою формами і, відповідно, ковкі чавуни мають значення механічних властивостей проміжні між властивостями сірих і високоміцних чавунів.

Сірі, високоміцні та ковкі чавуни за структурою металічної основи поділяються на феритні, феритно-перлітні та перлітні. Структура феритних чавунів складається із феритної основи і включень графіту, феритно-перлітних чавунів – із феритно-перлітної основи і графіту, перлітних чавунів – із перліту і графіту. Феритні чавуни мають найнижчу міцність і найвищу пластичність і , навпаки, перлітні чавуни – найвищу міцність і найнижчу пластичність.

Звичайні сірі чавуни отримують шляхом модифікування рідкого чавуну феросиліцієм або силікокальцієм, що збільшує вміст графітізуючого елементу (кремнію) в чавуні. Маркують сірі чавуни буквами СЧ (сірий чавун) та числом, яке вказує мінімальне значення тимчасового опору при розтягуванні (кгс/мм2).

Феритні чавуни (СЧ10, СЧ15) використовують для слабо- і середньонавантажених деталей: кришок, фланців, маховиків, супортів, гальмівних барабанів, дисків зчеплення тощо.

Феритно-перлітні сірі чавуни (СЧ20, СЧ25) застосовують для деталей, які працюють при підвищених статичних і динамічних навантаженнях: картерів двигунів, поршнів, барабанів зчеплення, станин верстатів тощо.

Перлітні чавуни застосовують для станин потужних верстатів. Сірі перлітні модифіковані чавуни (СЧ40, СЧ45), які отримують додаванням в рідкий чавун феросиліцію або силікокальцію, застосовують для корпусів насосів, компресорів і гідроприводів.

Високоміцні чавуни отримують модифікуванням рідкого чавуну магнієм, після чого вони мають такий хімічний склад: 3...3,6 % С; 1,8...2,8 % Si; 0,4...0,7 % Mn; 0,02...0,08 % Mg; ≤ 0,15 % Р і ≤ 0,03 % S.

Маркують високоміцні чавуни буквами ВЧ (високоміцні чавуни) і числом, яке вказує мінімальне значення тимчасового опору (кгс/мм2).

Високоміцні чавуни застосовують для виготовлення прокатних валків, корпусів парових турбін, колінчастих валів, ковальсько-пресового обладнання та інших деталей, що працюють в умовах циклічних навантажень і сильного зношення.

Ковкі чавуни отримують шляхом спеціального графітизуючого відпалювання доевтектичного білого чавуну такого складу: 2,4...2,9 % С; 0,8...1,5 % Si; 0,2...0,9 % Mn; 0,02...0,08 % Mg; ≤ 0,2 % S і ≤ 0,18 % Р. Виливки з такого чавуну завантажують у спеціальні контейнери і засипають піском і сталевою стружкою для захисту від окислення, потім повільно (20...25 год.) нагрівають до 950...1000 0С і витримують 10...15 год. За цей час відбувається перша стадія графітизації – розпад евтектичного і вторинного цементиту з утворенням аустеніту і графіту пластівчастої форми.

Після цього температуру відносно швидко знижують або до 760 0С і потім повільно охолоджують до 720 0С або знижують до 720 0С і витримують при цій температурі. При повільному охолодженні або витримці в області температури евтектоїдного перетворення відбувається друга стадія графітизації, коли цементит перліту розпадається з утворенням фериту і графіту. Тривалість другої стадії складає 25...30 год.

Після проведення відпалювання в повному обсязі структура чавуна буде складатися з фериту і пластівчастого графіту. Якщо другу стадію графітизації не проводити, то отримується перлітний ковкий чавун, а якщо другу стадію провести частково, то отримується феритно-перлітний ковкий чавун.

Маркують ковкі чавуни буквами КЧ (ковкий чавун) і двома числами: перше вказує мінімальне значення тимчасового опору (кгс/мм2), а друге – відносне видовження у відсотках.

Ковкі чавуни широко застосовуються у машинобудуванні для виготовлення деталей високої міцності. Феритні ковкі чавуни (КЧ37-12, КЧ 35-10) використовують для виготовлення деталей, які експлуатуються при високих динамічних і статичних навантаженнях. З перлітних ковких чавунів (КЧ 50-5, КЧ 55-4) виготовляють вилки карданних валів, втулки, муфти, гальмівні колодки тощо.

Порядок виконання роботи

5.1.Вивчити діаграму стану залізо-цементит, фази, структурні складові сплавів системи Fe - Fe3C, їхні характеристики.

5.2.Вивчити класифікацію і маркування вуглецевих сталей і чавунів.

5.3.Провести дослідження мікроструктури вуглецевих сталей і технічного заліза за допомогою металографічного мікроскопа з використанням альбомів мікроструктур стендів. Визначити орієнтовно вміст вуглецю в досліджуваних зразках за формулою: (4.4)

За вмістом вуглецю визначити марку сталі та її призначення. Зарисувати схематично мікроструктури досліджуваних зразків. Отримані результати оформити у вигляді табл. 5 2.

5.4.Провести дослідження мікроструктури білих, сірих, високоміцних і ковких чавунів до і після травлення. Результати дослідження оформити у вигляді табл. 5.3.

Таблиця 4.2.

Результати дослідження мікроструктури вуглецевих сталей

Мікроструктура Вміст структурних складових, % Вміст вуглецю, % Марка сталі Призначення
Ф П Ц      
             

Таблиця 4.3.

Результати дослідження мікроструктури чавунів

Мікроструктура Структурні складові Форма графіту Марка чавуну Призначення
до травлення після травлення Ф П Ц Л Г
                   

Контрольні запитання

1. Що таке мікроаналіз? 2. Які основні задачі мікроаналізу? 3. Що таке мікрошліф? 4. Як готують мікрошліф? 5. Яке призначення діаграми залізо-вуглець? 6. Які фази утворюются в системі залізо-цементит? 7. Що таке аустеніт? 8. Що таке цементит? 9. Що таке перліт? 10. Що таке ледебурит? 11. Які сталі називають доевтектоїдними? 12. Як поділяють сталі за вмістом вуглецю? 13. Як класифікають за якістю? 14. Як поділяють вуглецеві сталі за призначенням? 15. Як позначають сталі звичайної якості? 16. Як позначають якісні конструкційні сталі? 17. Як позначають інструментальні сталі? 18. Які є види чавунів? 19. Що називають білими чавунами? 20. Що називають сірими чавунами? 21. Що називають ковкими чавунами? 22. Як отримують високоміцні чавуни? 23. Як маркують сірі чавуни? 24. Як маркують високоміцні чавуни? 25. Як маркують ковкі чавуни?

Лабораторна робота №5

ВПЛИВ ТЕРМІЧНОЇ І ХІМІКО-ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ НА СТРУКТУРУ І ВЛАСТИВОСТІ ВУГЛЕЦЕВИХ СТАЛЕЙ

Мета роботи: Вивчити вплив основних видів термічної обробки на структуру і механічні властивості вуглецевої сталі.

Забезпечення роботи: печі муфельні; зразки вуглецевих сталей; твердомір Роквелла; альбом структур, довідкові таблиці.

5.1. Теоретичні відомості

Термічна обробка (ТО) служить для зміни структури і властивостей сталі. Вона грунтується на теорії фазових перетворень, які відбуваються при нагріванні та охолодженні сплавів. Режими ТО для конкретних деталей визначаються за довідниками.

Відпалювання.В залежності від того, нагрівають сталь нижче чи вище температур фазових перетворень у твердому стані, розрізняють відпалювання першого роду (рекристалізаційне, для зняття внутрішніх залишкових напруг, дифузійне) і другого роду (повне чи неповне).

Рекристалізаційне відпалювання застосовують для зняття наклепу сталі після її холодної обробки тиском (прокатування, волочіння, штампування). Сталь нагрівають вище температури рекристалізації, витримують при цій температурі і потім охолоджують на повітрі.

Відпалювання для зняття внутрішніх залишкових напруг, призначене для зменшення або зняття у виробах шкідливих напруг розтягу, проводиться при невисокій температурі, тому його іноді називають низькотемпературним. Воно виконується після різних технологічних операцій (зварювання, лиття тощо).

Дифузійне (гомогенізаційне) відпалювання застосовують для злитків і фасонних виливків великих розмірів з легованих сталей для усунення в них дендритної ліквації. Сталь нагрівають до температури 1000…1150 оС, витримують при ній 12…15 год і повільно охолоджують у печі. Висока температура нагрівання і тривала витримка потрібні для повного протікання дифузійних процесів у сталі. При цьому відбувається збільшення зерна.

Повне відпалювання служить для отримання дрібнозернистої структури в доевтектоїдній сталі. Температуру нагрівання вибирають, користуючись діаграмою стану Fe - Fe3C (рис.5.1). Сталь повільно нагрівають до температури вище точки Ас3 на 30…50 оС. При цьому у ній утворюється дрібнозернистий аустеніт. При повільному охолодженні разом з піччю відбувається розпад аустеніту з утворенням дрібнозернистої структури перліту і фериту. Повне відпалювання підвищує пластичність і в`язкість сталі.

Рис.5.1. Температурні інтервали нагрівання сталі при різних видах термічної обробки: Г – гартування, В – відпалювання, Н – нормалізація, ВВ, СВ і НВ – високе, середнє і низьке відпускання, ГВ – гомогенізаційне відпалювання

При проведенні повного відпалювання через тривале перебуванням деталей у печі можливе зневуглецьовування й окислювання поверхні металу. Тому вироби, які відпалюються, упаковують у контейнери, заповнені піском, чавунною стружкою чи вугіллям. Часто застосовують відпалювання у печах з контрольованою захисною атмосферою або в печах з вакуумом, після чого деталі мають світлу і чисту поверхню.

Неповне відпалювання застосовують для отримання дрібнозернистої структури в заевтектоїдній сталі. Сталь нагрівають до температури, на 30…50 оС вище точки Ас1, а потім повільно охолоджують. При цьому відбувається перетворення аустеніту в перліт, а вторинний цементит залишається без зміни. Такий режим відпалювання застосовують тільки тоді, коли в структурі сталі вторинний цементит не утворює сітки навколо зерен перліту. Якщо ж у структурі є цементитна сітка, потрібно нагріти сталь вище точки Асm і охолодити на повітрі, щоб розчинити сітку цементита і не дати йому виділитися, а потім зробити повторне нагрівання вище точки Ас1 з наступним повільним охолодженням. Неповне відпалювання застосовують і для поліпшення оброблюваності різанням доевтектоїдної сталі, яка при цьому отримує структуру пластинчастого перліту.

Для отримання структури зернистого цементита заевтектоїдну сталь піддають сфероутворюючому відпалюванню. Сталь нагрівають трохи вище точки Ас1, витримують і потім повільно охолоджують - спочатку до температури точки Ас1, а потім на повітрі. Внаслідок невисокої температури нагрівання, у сталі, поряд з аустенітом, зберігається велике число часток, які не розчинилися, що сприяє утворенню зернистої форми перліта (цементита). На розмір зерен впливає швидкість охолодження – з її зменшенням розмір зерна збільшується. Відпалена сталь з структурою зернистого цементита в порівнянні з відпаленою сталлю зі структурою пластинчастого перліту, має меншу твердість, більшу в`язкість і кращу оброблюваність різанням.

Розглянуті види відпалювання проводять з безперервним повільним охолодженням. При відпалюванні з витримкою при постійній температурі (ізотермічне відпалювання) сталь нагрівають, як і при звичайному відпалюванні (доевтектоїдну - вище точки Ас3, заевтектоїдну - вище точки Ас1 на 20…30 оС), потім швидко охолоджують до температури нижче точки Ас1 на 20…100 оС і витримують при ній; при цьому відбувається перетворення аустеніта в перліт. Після цього сталь охолоджують на повітрі. Ізотермічне відпалювання виконують в одній печі, іноді - у двох: в одній печі виріб нагрівають вище температури фазового перетворення, а потім переносять в іншу піч, нагріту до температури нижче точки Ас1 і витримують при цій температурі. Перевагами ізотермічного відпалювання є менша тривалість процесу завдяки прискоренню охолодження (4…7 год замість 15…30 год) і однорідніша структура, яка покращує оброблюваність сталі різанням.

Нормалізаціяслужить для отримання дрібнозернистої структури в доевтектоїдних сталях, зняття внутрішніх залишкових напруг і наклепу, отримання однорідної структури перед завершальною термічною обробкою, холодним штампуванням або обробкою різанням, знищення сітки вторинного цементита в заевтектоїдних сталях. Нормалізують фасонні виливки, поковки і штамповки, а також деталі, які цементуються.

Для низьковуглецевих сталей нормалізація часто замінює повне відпалювання (після неї сталь має структуру перліта і ферита, як і після відпалювання, але більш дрібнозернисту, а механічні властивості дещо вищі в порівнянні з відпаленою), для середньовуглецевих і легованих сталей - гартування з наступним відпусканням (сталі отримують структуру сорбіта, тому їхня твердість і міцність у порівнянні з відпаленими вищі). Іноді нормалізація заміняє гартування і високе відпускання, проте в цьому випадку нормалізована сталь має меншу в’язкість, ніж загартована і відпущена, і для відповідальних деталей машин і конструкцій не застосовується.

При нормалізації доевтектоїдну сталь нагрівають до температури вище точки Ас3, а заевтектоїдну - вище точки Ас1 на 30…50 оС, а потім охолоджують на повітрі.

Гартуванняслужить для надання металу високої твердості і міцності шляхом утворення нерівноважної структури - мартенсита.

Є кілька різновидів гартування. В залежності від товщини загартованого шару розрізняють об'ємне і поверхневе гартування. Об'ємне гартування провадиться в печах і ванних, а поверхнева - струмами високої, підвищеної і промислової частоти, газовим полум'ям і в електролітах. В залежності від режиму охолодження буває об'ємне, гартування з безперервним охолодженням і з переривчастим охолодженням (ізотермічне, ступінчасте). В залежності від середовища, у якому нагрівають сталь, розрізняють гартування звичайне і з застосуванням захисної атмосфери (світле).

Температуру нагрівання під гартування для вуглецевих сталей вибирають, використовуючи діаграму стану Fe - Fe3C. Доевтектоїдну сталь нагрівають до температур вище точки Ас3, а заевтектоїдну - вище точки Ac1 на 30…50 оС. Час витримки при нагріванні вибирають у залежності від розмірів виробів й об’єму металу, який завантажується в піч. Після нагрівання і витримки вироби охолоджують у різноманітних гартівних середовищах, які забезпечують необхідну швидкість охолодження.

Гартувальними середовищами є вода, мінеральні масла, розчин їдкого натрію, розплавлені солі, луги і метали, емульсії тощо. Основна вимога до них - висока охолоджувальна спроможність в інтервалі температур 650…550 оС і низька охолоджувальна спроможність при 300…200 оС (уповільнене охолодження в інтервалі температур 300…200 оС необхідне для зменшення внутрішніх термічних і структурних напруг). Охолоджувальну спроможність гартувальних середовищ підвищують інтенсивним перемішуванням.

Основними технологічними властивостями при гартуванні сталі є загартовуваність (здатність сталі до підвищення твердості при гартуванні) і прогартовуваність (здатність гартуватися на визначену глибину). Поверхневі шари деталей, які стикаються з гартувальним середовищем, охолоджуються швидше, ніж внутрішні; тому не завжди вдається досягти прогартовуваності по всьому перерізу (наскрізна прогартовуваність). А при нескрізній прогартовуваності структура поверхневих шарів виробу після гартування - мартенсит, а структура внутрішніх шарів - троостит. За глибину загартування приймають віддаль від поверхні виробу до шару з напівмартенситною структурою (50% мартенситу і 50% трооститу). Крім швидкості охолодження, прогартовуваність залежить від ряду інших чинників: складу сталі, вихідної структури, діаметра виробу, температури нагрівання під гартування тощо.

При швидкому охолодженні у сталі виникають внутрішні напруги - термічні і структурні, пов'язані з перебудовою ГЦК-ґратки аустеніта в гратку мартенсита і зміною об’єму сталі. В результаті дії цих напруг у сталі з'являються тріщини і деформації. Дефектами гартування є також м'які плями, знижені твердість і міцність, зневуглецьовування, окислювання тощо. Уникнути цих дефектів або в значній мірі зменшити їх можна застосуванням різних видів гартування і правильним вибором їх режимів.

Є кілька різновидів об'ємного гартування. При гартуванні в одному охолоджувальному середовищі нагріті до температури гартування вироби занурюють у гартувальне середовище (найчастіше - у воду або масло), де вони і знаходяться до повного охолодження. Таке гартування застосовують як для вуглецевої сталі (охолодження у воді), так і для легованої сталі (охолодження в маслі). Його недоліком є те, що в результаті великої різниці температур нагрітого металу й охолоджувального середовища у сталях виникають великі термічні напруги, які ведуть до утворення дефектів.

Для зменшення термічних напруг застосовують гартування з підстужуванням, коли нагрітий виріб перед зануренням у гартувальне середовище певний час витримують на повітрі (підстужують). Застосовують також гартування у двох середовищах: деталі спочатку охолоджують до 300…400 °С у воді, а потім - у маслі. Таке гартування (переривчасте) застосовується для високовуглецевої інструментальної сталі.

При ступінчастому гартуванні сталь охолоджують поетапно, у двох різних середовищах. Першим є розплав солі чи масло, нагріті до температури на 20…30 оС вище точки Мп для даної сталі. У цьому середовищі деталям дають короткочасну витримку (до початку розпаду аустеніта) для вирівнювання температури по всьому об`єму виробів (ванна має постійну температуру). Після витримки в гарячому середовищі сталь має структуру аустеніта. Другим середовищем є повітря, при охолодженні на якому відбувається перетворення аустеніта в мартенсит. Основною перевагою ступінчастого гартування є можливість зменшення термічних напруг (а отже – і дефектів), досягнення сприятливого поєднання високої в’язкості, міцності та твердості (НRС 55…60).

Прогресивним методом гартування, яке забезпечує поєднання високої міцності, пластичності і в’язкості, є ізотермічне, при якому сталь охолоджують у гарячому середовищі (соляних або лужних ванних). Температура нагрівання середовища різна в залежності від складу сталі. Перетворення аустеніта в нижній бейніт відбувається під час ізотермічного витримування сталі, після чого її охолоджують на повітрі. Твердість після ізотермічного гартування становить НRС 45…55.

Після гартування твердість сталі підвищується - тим більше, чим більше в ній вуглецю. Проте одночасно у сталі збільшується вміст залишкового аустеніта, що помітно знижує її твердість. Поряд з високими твердістю і міцністю загартована сталь характеризується і зниженими пластичністю і в’язкістю. Змінюються і фізичні властивості: електричний опір і коерцитивна сила після гартування підвищуються, а магнітна проникність і залишкова індукція знижуються.

Відпусканняслужить для зняття внутрішніх залишкових напруг, які виникли в загартованій сталі, і одержання необхідних структур і механічних властивостей. Цей вид термообробки є найважливішою операцією, яка формує структуру і властивості сталі і визначає її подальшу експлуатацію. При відпусканні виконується нагрівання сталі нижче точки Ас1 (рис. 40), витримка й охолодження. Розрізняють низьке, середнє і високе відпускання.

Низьке відпускання (температура нагрівання 150…250 оС) застосовується для вуглецевих і легованих інструментальних сталей, для яких необхідні високі твердість (НRС 59…63) і зносостійкість. Після низького відпускання сталь має структуру відпущеного мартенсита. Середнє відпускання (температура нагрівання 350…500 °С) застосовують для пружинних і ресорних сталей. Сталь отримує структуру троостита відпускання, яка має достатньо високу твердість (НRС 44…54) при високій пружності. Високе відпускання характеризується температурою нагрівання 500…680 оС і структурою сорбіта відпускання. Подвійна термічна обробка, яка складається з гартування і високого відпускання сталі, називається поліпшенням, тому що сталь після такої обробки отримує найбільш сприятливе поєднання механічних властивостей - високі в`язкість і пластичність поряд із достатньою міцністю.

Крім температури нагрівання, важливим чинником є час витримки - чим вища температура відпускання, тим час витримки менший. А ось швидкість охолодження при відпусканні вуглецевої сталі великого значення не має.

Хіміко-термічна обробка (ХТО) служить для зміни хімічного складу, структури і властивостей поверхневого шару сталі. Окрім поверхневого зміцнення, ХТО підвищує, корозійну стійкість, жаростійкість і деякі інші властивості. Особливістю ХТО є те, що при її проведенні у сталі відбуваються не тільки фазові перетворення, пов’язані з її нагріванням і охолодженням, але і хімічні реакції, які змінюють склад поверхневого шару деталі.

При проведенні ХТО деталь поміщають у середовище, збагачене елементами, якими передбачається насичення поверхневого шару (вуглецем, азотом, хромом, алюмінієм, кремнієм) і нагрівають до певної температури. При цьому інтенсивно відбуваються такі процеси: дисоціація – розпад молекул на атоми відповідного елемента; адсорбція – поглинання поверхневим шаром металу атомів; дифузія – проникнення атомів у глибину металу. Необхідною умовою цього є висока температура нагрівання і великий час витримування при ній.

Застосовують такі основні види ХТО: цементація – насичення поверхневого шару сталі вуглецем; азотування – насичення поверхневого шару сталі азотом; ціанування – насичення поверхневого шару сталі одночасно вуглецем і азотом; дифузійна металізація – насичення поверхневого шару сталі металами (хромом, алюмінієм, кремнієм, молібденом тощо).

Одним з найпоширеніших видів ХТО є цементація, яка застосовується для конструкційних вуглецевих і легованих сталей з малим вмістом вуглецю (до 0,3 %). При цьому поверхневий шар за рахунок максимального насичення вуглецем підвищує твердість і стійкість до зношення, а серцевина залишається в’язкою.

Утворення і будова цементованого шару. При цементації атоми вуглецю дифундують у гратку γ-заліза до того часу, поки не відбудеться повне насичення аустеніту вуглецем згідно лінії SE на діаграмі Fe-C. В цьому випадку на поверхні може утворитися суцільний шар цементиту. У реальних умовах це відбувається дуже рідко.

Звичайно, при температурі цементації (вище лінії Ас3) дифузійний шар складається виключно з аустеніту, а після повільного охолодження – з продуктів його розпаду (фериту та цементиту). При цьому концентрація вуглецю не досягає межі насичення при даній температурі.

Цементований шар має змінну концентрацію вуглецю по товщині – чим далі від поверхні, тим його менше (рис.7.1). У структурі можна розрізнити три зони: заевтектоїдну 1 (складається з перліту та вторинного цементиту), евтектоїдну 2 (складається з перліту) та доевтектоїдну 3 (складається з фериту, кількість якого зростає по мірі наближення до серцевини). За ефективну товщину цементованого шару приймають суму заевтектоїдної, евтектоїдної та половину доевтектоїдної зон (до вмісту вуглецю 0,4 %). Це відповідає твердості НRС 50. Орієнтовна швидкість цементації – 0,1 мм/год.

Є два види цементації – у твердому карбюризаторі та газова.

При цементації у твердому карбюризаторі цементуючим середовищем є речовина, багата на вуглець (карбюризатор) – деревне вугілля (дубове чи березове), змішане у певній пропорції з речовинами, які активізують процес дисоціації (ВаСО3, Nа2СОз) у кількості 10…40 %. Деталі завантажують у металевий ящик і нагрівають. При цьому кисень повітря взаємодіє з вуглецем карбюризатора:

С+О2↔СО2 (5.1)

СО2 +С↔2СО (5.2)

2СО↔СО2атомарний (5.3)

У присутності активаторів відбуваються й інші реакції з виділенням атомарного вуглецю, наприклад:

ВаСО3 +С↔ВаО+2СО (5.4)

2СО↔СО2атомарний (5.5)

Перевагою цементації у твердому карбюризаторі є те, що не потрібно спеціального устаткування – вона може відбуватися у звичайних термічних печах. А основні недоліки – довга тривалість і і мала економічність процесу. Тому у промислових умовах широко застосовують прогресивніший процес – газова цементація. У цьому випадку карбюризаторами є гази – природні (метан, оксид вуглецю, бутан тощо) і штучні (продукти термічного розкладу різноманітних нафтопродуктів). Цементація здійснюється у спеціальних камерах, через які пропускається з певною швидкістю цементуючий газ, наприклад метан чи оксид вуглецю. При нагріванні до 900…930 0С відбуваються такі реакції:

СН4=2Н2+ Сатомарний (5.6)

2СО↔СО2атомарний (5.7)

При газовій цементації товщина цементованого шару звичайно складає 1…2 мм, а концентрація вуглецю на поверхні деталі – 0,9…1,2 відсотки. Крім того, перевагами газової цементації є вища швидкість процесу, зручність регулювання товщини шару і концентрації вуглецю; можливість механізації і автоматизації процесу.

Після цементації мікроструктура поверхневого шару не забезпечує потрібної твердості, тому цементовані деталі піддають термічній обробці – гартуванню та низькому відпусканню.

 

Порядок виконання роботи

Вивчити і зарисувати структури сталі до термообробки (у стані поставки). Провести термобробку заданих марок сталей – відпалювання, нормалізацію, гартування і відпускання. Виміряти твердість кожного зразка після термообробки.

Таблиця 5.1

Протокол досліджень

№ з/п Марка сталі Вміст вуглецю Вид ТО Температура нагрівання Середовище охолодження Мікроструктура Твердість
До ТО після ТО до ТО після ТО
                   

Контрольні запитання

1. Для чого служить термообробка сталей? 2. Які є види відпалювання? 3. Для чого застосовують рекристалізаційне відпалювання? 4. Для чого застосовують низькотемпературне відпалювання? 5. Для чого застосовують дифузійне відпалювання? 6. Для чого застосовують повне відпалювання? 7. Для чого застосовують неповне відпалювання? 8. Для чого застосовують сфероутворююче відпалювання? 9. Для чого служить нормалізація сталей? 10. Яка мета гартування сталей? 11. Як обирають температуру нагріву при гартуванні? 12. Що таке загартовуваність і прогартовуваність сталей? 13. Які є гартувальні середовища? 14. Для чого застосовують низьке відпускання? 15. Для чого застосовують середнє відпускання? 16. Для чого застосовують високе відпускання? 17. Для чого служить хіміко-термічна обробка сталей? 18. Що таке дисоціація при ХТО? 19. Що таке адсорбція при ХТО? 20. Що таке дифузія при ХТО? 21. Які є основні види хіміко-термічної обробки сталей? 22. Що таке цементація? 23. Що таке азотування? 24. Що таке ціанувуння? 25. Як змінюється концентрація вуглецю по товщині у цементованому шарі? 27. Які є зони в цементованому шарі? 28. Яка технологія цементації у твердому карбюризаторі? 29. Яка технологія цементації у газовому карбюризаторі?

 

Лабораторна робота №6

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти