ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ. Тульский государственный университет
 Скачать 16.79 Kb.
|
|
Кондратова А.И. Магистрант Тульский государственный университет Тула, Россия ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ Аннотация Приводится описание и анализ процесса повышения механических и эксплуатационных характеристик стальных изделий диффузионным насыщением стали углеродом в результате которого улучшаются требуемые свойства материала также качество изделия. Ключевые слова Качество, стальное изделие, цементация, эксплуатационные характеристики Зачастую к некоторым изделиям предъявляются особые требования к качеству и эксплуатационным характеристикам, что обусловлено условиями эксплуатации деталей. Так зачастую под качеством понимается еще и характеристики износостойкости, прочности, твердости. Повышение данных характеристик возможно благодаря различным операциям, таким как цементация [1-8]. Под процессом цементации понимается внедрение в поверхностный слой стали атомарного углерода. В результате такого насыщения наружная поверхность материала приобретает улучшенные характеристики и может подвергаться процедуре закалки. При этом внутренние слои металла не изменяют своих свойств. В процессе цементации детали нагреваются до температур 850-950 (рис. 1). При этом среда может быть твердой, жидкой или газообразной. Выделившийся углерод внедряется в межкристаллическое пространство обрабатываемого металла. Цементация является медленным процессом. За час насытиться углеродом может только 0,1 мм поверхности. Обычно карбюризатором выступает древесный уголь. Также применяются различные смеси из углекислого кальция или натрия. Предварительно компоненты дробятся на мелкие части. Их размер не должен превышать 10 мм. Чтобы избавиться от пыли, смесь просеивается. Длительность процедуры зависит от толщины насыщаемого слоя. На рисунке 2 приведен график зависимости содержания углерода от длительности цементации. Процесс цементации протекает в специальной герметичной емкости, изготовленной из жаростойкой стали. Процедура состоит из этапов: 1. Детали закладываются в ящики и пересыпаются подготовленной смесью. 2. Ёмкости герметично закрываются и ставятся в печь. 3. Ведётся предварительный прогрев до 700-800. 4. Затем температура достигает 850-950 и начинается внедрение в металл атомов углерода. В газообразной среде. Такая цементация применяется в случае обработки больших партий деталей. Внедрение углерода происходит до 2 мм. В технологическом процессе используется искусственный газ. Для работы существуют специальные герметичные печи. В них помещаются детали, которые подогреваются до 910-950. После этого в печь подаётся газ. Температура выдержки составляет 15 часов. В жидкой среде. Жидкой средой обычно выступают карбонаты металлов. Уже при температуре 850 они превращаются в жидкость. Расплавленная смесь располагается в ванне, куда погружаются и детали. Таким способом можно насытить не больше 0,5 мм поверхности. При этом время выдержки составляет 3 часа. К достоинству процесса относится малая деформация деталей. Цементация в кипящем слое. Процесс цементации в кипящем слое проходит в атмосфере эндогаза с добавкой метана. Кипящий слой представляет собой гетерогенную систему, в которой за счёт проходящего потока газа через слои мелких (0,05-0,20 мм) частиц (чаще корунда) создаётся их интенсивное перемешивание, что внешне напоминает кипящую жидкость. Увеличение содержания углерода в поверхностном слое металла позволяет подвергать детали закалке как изделия, изготовленные из инструментальной стали. После термической обработки они могут получать закалку свыше 60 единиц по Роквеллу. Одновременно внутренняя часть заготовок сохраняет свою прежнюю вязкость. Это придаёт готовым изделиям уникальные свойства. Насыщенный углеродом поверхностный слой может подвергаться трению. При этом нагрев деталей не приводит к риску их разрушения, поскольку внутренняя поверхность изделий остаётся мягкой и не обладает хрупкостью. По этой причине Сталь 20 называется пороговой. Материалы с более низким содержанием углерода относятся к низкоуглеродистым сталям, которые подвергать цементации невозможно. В итоге для повышения механических характеристик и качества изделия отлично подходит цементация, основной задачей которой является повышение износостойкости, прочности, твердости. © Кондратова А.И., 2021 |