Література. 1. В.Ф. Шатинский, О.М

1. В.Ф. Шатинский, О.М. Збожная, Г.Г. Максимович. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов.- К.: Наук. думка, 1976.-356с.

1.2. Цементація

Існує багато методів поверхневої обробки виробів з метою зміцнення. Один з цих методів є цементація (навуглецювання). Вона відноситься до хіміко-термічної обробки поверхні металів. Процес цементації широко використовують в промисловості завдяки високій ефективності і доступності. Він дозволяє створити на робочій поверхні деталі шар, який володіє високою твердістю після гартування, зносостійкістю, ерозійною стійкістю, контактною витривалістю і втомною міцністю при згині. Ці властивості забезпечуються при відносно м'якій і в’язкій серцевині, яка надає необхідну конструкційну міцність оброблюваним деталям [1].

Суть цементації полягає у створенні навуглецьованого шару (шару з більшим вмістом вуглецю) на поверхні виробу. Тобто, в матеріалі з низьким вмістом вуглецю (менше 0.5 %) на поверхні створюється шар з вмістом вуглецю більшим вказаного. Інакше кажучи, на поверхні низьковуглецевої сталі (область нижче лінії PS) утворюється високовуглецева сталь (область нижче лінії SK- див. діаграму стану системи Fe- Fe₃C). Мікроструктура цементованої сталі представлена на (рис.1.9).

Цементований шар має змінну концентрацію вуглецю по глибині, яка зменшується від поверхні до серцевини деталі (рис.1.9). У зв’язку з цим після повільного охолодження в структурі навуглецьованого шару можна розрізнити (від поверхні до серцевини) три зони:

1) заевтектоїдну 1, яка складається із перліту і вторинного цемен­титу, який утворює сітку по границі зерна аустеніта, яке було до насичення;

2) евтекдоїдну 2, яка складається тільки з пластинчатого перліту;

3) доевтектоїдну 3, яка складається з перліту і фериту. Кількість фериту постійно зростає по мірі наближення до серцевини 4.

Цементацію реалізують кількома способами:

1. Газова цементація; 2. Цементація із твердої фази; 3. Цементація із паст; 4. Цементація в розплавлених карбюризаторах. Розглянемо кожен із цих способів окремо.

Рис.1.9. Мікроструктура навуглецьованої сталі

не підданої обробці тиском

1.2.1. Газова цементація

Діаграми рівноваги газів CO i CO₂ з залізом і його оксидами та діаграми Такахаши – діаграми рівноваги між вмістом вуглецю в аустеніті і газовим середовищем, яке складається з CO i CO₂ при різних температурах (рис.1.10) визначають напрямок реакцій, які можуть проходити в процесі насичення.

Рис.1.10. Діаграма рівноваги між сумішшю СО-СО2 та вуглецем в аустеніті при різних температурах

Рис.1.11. Рівновага СН4 та СН2 з аустенітом різного складу: 1 – 0.92% С; 2 – 0.5% С; 3 – 0.16 % С

Газове насичуюче середовище на основі CO - CO₂ містить в невеликих кількостях CH₄, H₂ і H₂O, які також можуть брати участь у реакціях і пришвидшувати або гальмувати процес навуглецювання. Для регулювання процесу цементації важливі умови рівноваги основних реакцій і їх константи рівноваги (табл. 1.1).

Таблиця 1.1.

Константи рівноваги реакції між складовими цементаційних газів

Т, °С
	2.99	2.65	2.35	2.16	2.00	1.83	1.69	1.60	1.50	1.41
	1.18	1.36	1.52	1.72	1.89	2.05	2.20	2.38	2.53	2.67
	2.54	1.95	1.54	1.26	1.05	0.892	0.764	0.672	0.592	0.527
	0.0794	0.347	1.01	2.98	10.0	17.2	37.6	74.1
	2.14	3.95	7.24	12.6	20.0	31.8	47.9	70.8

Використання для цементації вуглеводнів забезпечує протікання процесу навуглецювання із значною швидкістю. Розклад метану розпочинається вже при 800°С (рис.1. 11). Рівновагу між CH₄, H₂ і С показано пунктирною лінією. Цією ж кривою визначається рівновага між аустенітом, насиченим вуглецем і газовою фазою.

Цементація з використанням природного газу забезпечує достат­ньо значну швидкість насичення (табл. 1.2, 1.3).

Таблиця 1.2.

Вплив швидкості подачі саратовського газу на розподілення вуглецю по товщині шару на сталі після цементації при 930 ºС

Марка Cталі	С, % при l мм
0.2	0.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	1.6
n = 3¸4 м^3/г
	1.0	0.9	0.73	0.5	0.4	0.3	0.25	0.23
20Х	1.1	0.8	0.6	0.44	0.35	0.28	0.25	0.23
12Х2Н4	0.75	0.65	0.48	0.35	0.25	0.2	0.17	0.16
18ХГТ	0.7	0.6	0.47	0.38	0.3	0.26	0.24	0.21
n = 5¸7 м^3/г
	1.02	0.98	0.85	0.67	0.53	0.42	0.36	0.32
20Х	1.2	1.0	0.8	0.63	0.50	0.38	0.3	0.2
12Х2Н4	1.03	1.03	0.9	0.72	0.55	0.42	0.33	0.27
18ХГТ	0.95	0.86	0.71	0.56	0.4	0.3	0.25	0.21

Таблиця 1.3. Вплив витрат дашавського газу на розподілення вуглецю по товщині шару на сталі після цементації при 930 ºС, 6 год

Марка Сталі	Витра-ти газу, л/год	С, % при l мм	h, мм
0,1	0,3	0,5	0,7	1,0	1,4	1,8
	3,5	0,67	0,6	0,48	0,37	0,29	0,25	0,24	1,25
	1,09	0,98	0,8	0,58	0,42	0,3	0,24	1,6
	1,17	1,0	0,85	-	0,53	0,35	0,26	-
	1,25	1,1	0,98	0,8	0,57	0,38	0,29	1,8
20Х	3,5	0,74	0,58	0,42	0,35	0,29	0,25	-	1,1
	1,1	0,95	0,78	0,6	0,41	0,3	0,25	1,5
	1,26	1,09	0,88	0,68	0,48	0,32	0,27	1,8
	1,3	1,1	0,96	0,77	0,51	0,53	0,29	1,8
12ХН3	3,5	0,61	0,45	0,32	0,26	0,2	0,18	-	1,6
	0,98	0,91	0,78	0,59	0,37	0,22	0,13	1,7
	1,11	0,98	0,82	-	0,4	0,25	0,16	1,8
	1,18	1,0	0,9	0,7	0,47	0,27	0,19	2,0

При цьому великою насичуючою здатністю характеризується дашавський газ, який містить 98% СН₄. Присутність невеликої кількос­ті вологи кисню і вуглекислого газу не дає суттєвого впливу на результати цементації. Більше того, пари води, кисень і вуглекислий газ при температурі цементації реагують з метаном і вуглецем, який виділяється при дисоціації метану і зменшують утворення сажі на поверхні деталей.

Цементація в контрольованих атмосферах. Ендотермічну атмосферу отримують шляхом спалювання природного газу в генераторах з недостачею повітря (коефіцієнт розходу повітря a=0,25). Склад ендогазу, одержаного з використанням каталізатора ГИАП–3, наступний %:

СО ≈ 19-23; Н₂ ≈ 34-44; N₂ ≈ 33-37; СН₄ £ 1; О₂ £ 0,2; СО₂ £ 0,2.

Контроль складу атмосфери здійснюється по вмісту в ній водяних парів (табл. 1.4).

Таблиця 1.4.

Вплив вмісту водяних парів і температури цементації на точку роси

і вуглецевий потенціал

Н2О, % (об’ємний)	Точка роси, ^0С	Вуглецевий потенціал при Т, ºС
0.102	-20	-	-	-
0.164	-15	-	1.3	1.2
0.257	-10	-	1.15	0.9
0.306	-8	1.2	1.1	0.6
0.364	-6	1.1	0.9	0.4
0.397	-5	1.1	0.88	0.37
0.432	-4	1.06	0.85	0.35
0.471	-3	1.0	0.77	-
0.512	-2	0.9	0.7	-
0.558	-1	0.85	0.65	-

До ендотермічного газу добавляють деяку кількість необробленого газу (природного, пропану, бутану та ін.). Висока здатність до навуглецювання подібних сумішей, умови надійного контролю вуглецевого потенціалу, незначні його коливання при зміні температури і тиску, можливість проведення процесу навуглецювання при підвищених температурах (1000-1100 ºС) забезпечили їх широке застосування. Прийнявши в певних інтервалах товщини пару швидкість його росту постійною, тривалість навуглецювання маловуглецевих сталей можна приблизно оцінити за середньою швидкістю газової цементації. (табл.1.5).

Удосконалення сталей, які піддаються цементації, розробка нових марок природно дрібнозернистих сталей (табл.1.6), а також наявність відповідних цементуючих атмосфер і обладнання дозволяють проводити процес навуглецювання в інтервалі 1000-1050 ⁰С без пониження механічних властивостей деталей та виробів при умові гартування деталей з повторного нагріву. Це забезпечило підвищення довговічності обладнання при зменшенні часу цементації в 1.5-2 рази. Ефективність газової високотемпературної цементації значно підвищується при використанні високошвидкісного нагріву струмами високої частоти (СВЧ), контактного нагріву, нагріву тліючим або коротким розрядом. При використанні тліючого або короткого розряду швидкість формування цементованого шару в 1.5-2 рази більша, ніж в звичайних умовах.

Таблиця 1.5.

Середнє значення швидкості газової цементації ν_ср

при різній температурі і товщині шару

h,мм	νср, мм/год, при Т, ºC
До 0.5	0.35	0.40	0.45	0.55	0.75	-	-
0.5-1.0	0.16	0.20	0.30	0.40	0.55	0.85	0.96
1.0-1.5	0.10	0.15	0.20	0.30	0.40	0.55	0.75
1.5-2.0	0.06	0.10	0.15	0.20	0.25	0.38	0.53
2.0-2.5	0.04	0.07	0.12	0.15	0.20	0.32	0.40
2.5-3.0	-	-	0.10	0.13	0.18	0.28	0.35
3.0-3.5	-	-	0.07	0.10	0.16	0.21	0.27
3.5-4.0	-	-	0.04	0.06	0.12	0.18	0.25

Таблиця 1.6.

Вплив температури цементації на ріст зерна сталі

(час насичення 3 год)

Марка сталі	Бал зерна при Т,^оС
18ХГТ				5-6	3-4
18ХГТЦ				5-6	4-5		2-1
30ХГТ			4-5
30ХГТЦ			4-5	4-5	4-5	3-4
12Х2Н4А	6-7	3-4			1-2
20ХГН2				6-7	-	-	-
20ХГНМ				3-6	-	-	-
20ХН4					-	-	-
9315(SAE)					-	-	-

Примітка: Вихідна структура відповідала 8-му балу зерна

Іонну цементацію можна проводити з використанням газових або рідинних карбюризаторів, до складу яких входить вуглець. (табл.1.7). Одним з таких карбюризаторів є, наприклад, бензол, фенол і ін.

Одним із способів місцевого насичення є газова цементація з використанням газового полум’я для нагріву. В якості газу використовують суміш кисню з ацетиленом. А також застосовують бензино-повітряне полум’я при подачі в нього навуглецюючих компонентів.

Таблиця 1.7.

Вплив режиму іонної цементації сталі в пропан-бутановїй суміші

на товщину покриття

t, хв	h,мм, при Т, ºC
	0,27	0,32	0,4	0,5	0,63	0,71	0,9
	0,4	0,5	0,6	0,75	0,9	1,05	1,27
	0,49	0,61	0,74	0,93	1,1	1,3	1,55
	0,54	0,7	0,86	1,07	1,27	1,49	1,8

Примітки:

1. При цементації вище1100 ºС необхідне використання більш бідних пропан-бутанових сумішей з дотриманням складу атмосфери.

2. Концентрація вуглецю становить 0,67% при 1100 ºС, 0,75% при 1200 ºС, 0,82% при 1300 ºС.

Нижче показано вплив часу цементації при 1100-1150 ºС киснево-ацетиленовим полум’ям (довжина світлової ділянки полум’я 600 мм, час прогріву 2 хв) на товщину шару на сталі 20 (табл.1.8).

Таблиця 1.8.

Вплив часу цементації та відстані від пальника на товщину покриття

t, хв
h, мм, при відстані від пальника, мм:
	0,55	0,78	1,0	1,55
40-50	0,35	0,5-45	0,68	0,85

Цементацію з використанням різних карбюризаторів проводять шляхом подачі різних карбюризаторів безпосередньо в піч або занурення оброблюваних деталей в рідкий карбюризатор. Одержання газового середовища на спеціальних установках застосовується порівняно рідко. Крекінг-піролізу піддають пропан, пропан-бутанові суміші і гас. Їх навуглецювальна здатність показана в табл.1.9.

Таблиця 1.9.

Вплив режиму цементації сталі в суміші крекінгованого пропан-бутанового газу з пропан-бутаном (5:1, розхід газу 6 л/год) на товщину покриття

Т,^0C	H, мм, при t, год
	0,25	0,38	0,48	0,6	0,7	0,76
	0,3	0,6	0,8	1,03	1,22	-
	0,4	0,75	1,03	1,3	1,55	1,75
	0,88	1,28	1,55	1,8	2,0	2,17

Головний недолік даної технології – складність отримання сумішей і висока схильність їх до утворення вуглецю в вільному стані (сажі). Спрощення досягають безпосереднім введенням рідкого карбюризатора в піч. При цьому необхідне його розпилення (табл.1.10).

Таблиця 1.10.

Вплив тривалості цементації при 930 ⁰С в різних карбюризаторах (без врахування часу нагріву) на товщину покриття на сталях типу 20Х2Н4А, 18ХНВА

№ п/п	t, год в карбюризаторі	h,мм
Гас	Бен-зин	Піро-бен- зол	Трансфор-маторна олива	Вере-тенна олива №3	син-тин
	3-4	-	3-4	-	-	2.5-3	0.4-0.7
	5-7	-	4-6	4-6	7-9	3-4	0.7-1.0
	7-9	8-10	6-8	5-8	10-12	5-6	1.0-1.3
	9-11	10-12	8-10	8-10	12-14	6-8	1.3-1.6
	11-13	13-15	10-12	10-12	14-17	8-10	1.6-1.9
	13-15	15-18	-	13-15	-	-	1.9-2.3

Газову цементацію проводять зануренням виробів у різні органічні середовища (гас, толуол, етиловий спирт, бензол, ацетон, фенол, ксилол і їх водні розчини) з використанням нагріву СВЧ електронагріву або електролітного нагрівання (тліючий розряд (табл.1.11, 1.12)). Газова сорочка, яка утворюється при проведенні процесу насичення даним методом в метиловому спирті, має склад %: СО₂ ≈ 8, СН₄ ≈ 4.2; Н₂ ≈ 61.5; О₂ ≈ 2.0; інші складники 4.3. Представляє інтерес проведення цементації в насичених вуглеводневих розчинах (соляних), насиченому розчині кухонної солі в етилгліколі, розчинах фенолу, нафталіні, стиролі та в гліцерині.

Таблиця 1.11.

Вплив типу карбюризатора при цементації сталі з використанням

нагріву CВЧ (1100⁰С) на товщину і мікротвердість шару

Карбю-ризатор	t = 7.5 с	t = 10 с
H заевт	H евт	H заг	Нm, МПа	H заевт	H евт	H заг	Нm, Мпа
	мкм	мкм
Гас	-
Бензол
Ацетон
Ксилол

Застосування рідких карбюризаторів виключає використання середовищ для гартування. Гартування проводиться в насичуючому середовищі після відключення деталі від сітки електричного струму. При контактному електронагріві деталей найбільш раціонально використовувати бензол або етиловий спирт.

Перевага цементації методом занурення виробів у рідний карбюризатор полягає в тому, що не потрібні герметичні контейнери та нагрівні печі і спеціальні газові генератори.

Недоліки способу: необхідність енергійного охолодження рідини. Великі витрати електроенергії, трудомісткість обробки малогабаритних деталей і труднощі точного контролю температури поверхні оброблюваного виробу.

Таблиця 1.12.

Вплив концентрації ацетону при цементації сталі 20 з використанням нагріву СВЧ (1150 ⁰С, 15 с) на товщину h і мікротвердість Нm шару

Концентрація ацетону, % (об’ємний)	Заевтек-тоїдна зона	Евтектоїдна зона	Перехідна зона	hзаг, мкм
h, мкм	Нm, МПа	h, мкм	Нm, МПа	h, мкм	Нm, МПа
3,5	-	-
7,0
14,0
28,0

Базові середовища для цементації можливо також отримати стимулюванням твердих вуглецевих речовин (деревного вугілля, кам'яного вугілля і ін.) в спеціальних генераторах. До них відносяться світильний, генераторний, коксовий, кам’яно-вугільний та інші гази. Вони знайшли широке промислове використання.

1. 2. 2. Цементація з твердої фази

Цементація із порошкових або зернистих сумішей. Основою всіх твердих карбюризаторів є вугілля. Але кожен із видів вугілля має свої недоліки. Деревне вугілля менш активне, але містить мінімальну кількість шкідливих домішок. Кам’яне вугілля (кокс) – менш придатне, так як воно містить сірку інші шкідливі домішки. Швидкість цементації в твердих карбюризаторах визначається складом газового середовища в контейнері, яке неоднакове при використанні різних карбюризаторів. Це видно з даних таблиці 1.13.

Таблиця 1.13.

Вплив на тривалість цементації сталі 20 при 910-930 ºС

розміру контейнера з твердим карбюризатором

Розмір контей-нера	t, год при h, мм
0.5-0.7	0.7-0.9	0.9-1.2	1.2-1.5	1.4-1.8	2.0-2.4
	4-5	5-6	6-7.5	7.5-9	9-11	13-16
	4.5-5.5	5.5-6.5	6.5-8.5	9-11	11.5-16	19-24
	5.5-6.5	6.5-7.5	7.5-9.5	10-12	13-17	20-26
	6.5-7.5	7.5-8.5	8.5-10.5	11-14	14-19	22-28

Об’єм, який займають деталі, складає 30-35 % об’єму контейнера, в якому проводять цементацію. Нагрівати контейнери з упакованими деталями можна з використання практично різного способу нагріву – газополуменевого, електричного СВЧ і ін. У більшості ви­пад­ків деталі упаковують у твердий карбюризатор, використовуючи в якості контейнера тигель високочастотної індукційної печі або спеці­альні стакани. Це дозволяє підвищити швидкість цементації.

Найбільше поширення отримали киплячі суміші з твердими насичуючими та інертними наповнювачами. В якості твердих наповнювачів використовують графіт, вугілля, а як інертний наповнювач-шамот, кварцовий пісок, оксиди алюмінію. В якості повітряних заслонок можна використовувати солі, які при температурі цементацій знаходяться в рідкому стані. Регулювання швидкості насичення і поверхневої концентрації вуглецю проводться шляхом зміни температури і тривалості процесу, швидкості повітряного потоку, розміру часточок і виду карбюризатора, поляризації зміцнюваного виробу або розміщення його між електродами (табл.1.14).

Таблиця 1.14.

Вплив режиму цементації на розподіл вуглецю по товщині покриття на сталі марки Ст3

Режим ХТО	h, мм	С, % при l, мм
Т, ºC	t, год	nпов, м/с	0.25	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0-4.5
Дослідний об’єкт – вироби між електродами
		0.03	3.5	-	0.9-1.1	0.6-0.7	0.4-0.5	0.35-0.45	0.35-0.4	0.33-0.37	0.32-0.36	0.35
Дослідний об’єкт – виріб-катод
		0.043	2.5	0.65-0.7	0.55-0.7	0.45-0.5	0.3-0.4	0.3-0.5	0.25-0.3	0.25	0.2	0.2

1.2.3. Цементація з паст

Процес полягає в нанесенні на оброблювану металеву поверхню шару речовини у вигляді суспензії, обмазки або шлікера, сушці та наступному нагріві.

Вид пасти визначає технологія його нанесення. Нагрівають оброблювані деталі з використанням СВЧ, тепла екзотермічних реакцій, які протікають в композиті при нагріванні контактним електронагрівом і ін. Товщина шару пасти повинна бути в 6-8 разів більшою від необхідної товщини цементованого шару. Температуру цементації встановлюють у межах 910-1050 ⁰С.Найбільш поширені склади паст для цементації подані в табл. 1. 15.

Таблиця 1. 15.

Склади паст для цементації (дані різних авторів), %

Компоненти паст	Номер пасти
Сажа (голландська, ацетиленова, газова) кокс малозернистий	30-70	30-60	30-60	35-45		50-55		30-60			-	-
Деревовугільний порох	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-		75-85
Сода або поташ (Na2CO × K2CO3)	20-40	20-40	30-60			30-40	3.5	20-40				-
Вуглекислий барій	-	-	-	15-20		-	1.5		-	-		-
Жовта кров’яна сіль	5-10	5-10	-			-	-	-	-	-	-	-
Щавелекислий натрій або калій	-	5-10	-	-	-	10-15	-	-	-	-	-	-

В’яжучі матеріали класифікують наступним чином.

1.2.4. Цементація в розплавлених карбюризаторах

Процес проводиться в розплавах солей (електролізним або без­електролізним способами) та металів. При цементації з розплавлених солей (табл.1.16) з використанням карбіду кремнію, карбіду кальцію і високо вуглецевого феромарганцю забезпечується найбільша тривалість роботи ванни без поновлення. В останні роки знаходить промислове використання спосіб електролізної цементації. Основу ванни складають карбонати лужних або лужноземельних металів з добавками галогенів. В якості аноду використовують графіт, карбокорунд і інші матеріали. При використанні цього способу необхідно відмітити високу швидкість формування покриття (0.8‑1 мм/год при 950 ⁰С) з високим вмістом евтектоїду (до 70%).

При цементації в розплаві солей з нагрівом СВЧ протягом 10 хв утворюється шар товщиною 0.6-0.7мм. Для цього деталь, яку піддають цементації, поміщають в розплав.

Таблиця 1. 16.

Вплив складу ванни і режиму рідинної цементації

на товщину шару на сталі

№ ван-ни	Склад ванни, %	Режим ХТО	Марка сталі	Характеристика шару
Т, ºC	t, год	hзаг, мм	Hевт, мм	Спов, %
	75-85 Na2CO3, 10-15 NaCl, 8-15SiC				1,2	0,6	1,00
	6-15 NaOH, 39-46 NaCl, 39-46KCl, 2-7 деревного вугілля (розмір частинок 0.1-0.3 мм)				0,32	0.15	0,9
	40 NaCl, 40 KCl, 10 NaOH, 10 CaC2 (або SiC)				0,7	0,25	0,8
	61 BaCl2, 18 KCl, 18 NaCl, 3 CaC2 *				0,6	0,15	0,8
	60-70 Na2CO3, 8-18 NaCl, 8-20 FeMn (~9C), FeCr, Mn; 3 деревного вугілля				0,6	0,3	1,0-1,1
	24-45 NaCN, 50-60 BaCl2 (або SrCl2 ), 10-25 NaCl (або KCl), 0.2 графіту	900-950	1-3	Маловуг лецеві	0,5-1,5	0,2-0,7	0,9-1,1
	30-40 Na2CN3, 60-40 NaCl, 10-20 CMM			10Х13	0,48 0,75	0,25 0,4	2,4 1,1
	90 (60 CaCl2 + 40 NaCl) +10 (43-49 CaC2N2 + 2-3 CaCN2 + 30-35 NaCl + 14-16 CaO + 2-3CaF2) (сіль ГИПХ)			20ХН	0,36	0,16	0,9
	78-81 Na2CO3, 5-6 NaCl, 7-8 NH4Cl, 6-8 SiC (чорного)			20Х	0,82 0,12	0,5 0,65	1,05 1,2

1.2.5. Сталі для цементації

Товщина покриття, склад і вид карбюризатора, а також температурно-часові параметри процесу цементації визначаються головним чином маркою сталі і її термічною обробкою, точністю виготовлення виробу і величиною припуску на механічну обробку (шліфування, доведення, полірування і інш.), габаритами і перетином виробів, умовами експлуатації.

У табл.1.17 приведені марки сталей, які піддаються цементації і рекомендації по їх використанню, а в табл.1.18 – загальні рекомендовані товщини цементованих шарів для деяких типів виробів.

Місцевий захист окремих поверхонь виробів від навуглецювання забезпечують припуском на механічну обробку, шаром міді або хрому нанесеного електролітичним способом та використанням спеціальних паст.

Основні структурні дефекти цементованих шарів – аномальність структури, утворення сітки цементу і залишковий аустеніт [1].

1.2.6. Технологічні особливості обробки цементованих деталей [2]

У шестернях мотоциклів і моторолерів зношуються внутрішні виступи зубів храпового механізму. Пошкоджені місця наплавляють у спеціальній ванні (рис.1.12). Поверхню виступу, яка потребує наплавлення, прогрівають газовим полум’ям до отримання світло-червоного кольору (приблизно до температури 1300 ºС). Підводять пруток сормайта №2 і після одержання краплі при розплавленні сормайту її розганяють по поверхні полум’ям пальника, формуючи профіль виступу. Флюсом при наплавленні слугує бура. Товщина наплавленого шару сормайту не повинна перевищувати 0.5 мм. Якщо зуб зношений суттєво, тоді спочатку його наплавляють сталлю 12ХНЗА (матеріал шестерні), а пізніше сормайтом № 2.

Таблиця 1.17.

Області застосування навуглецьованих сталей

Група, марка сталі	Область застосування	Тцем, ºС
Маловуглецеві сталі з 0.05-0.25 % С: Ст3, Ст5, 08, 08кп, 10, 15, 20, 15Г	Малонавантажені деталі, які працюють на зношування; поршневі кільця, рульові тяги, ключі, шестерні, зірочки, храповики, втулки і інш. з максимальним робочим перетином 15-20мм	850-900
Леговані сталі з 0,12-0,15С: 15Х, 20Х15МФ, 15ХМ, 20ХМ, 20ХТ, 12ХН2, 15ХР, 18ХСНРА, 15ХГНТА, 15Х2ГН2ТРА, 13Н2ХА, 12ХН2, 15ХГНВА	Аналогічні, але більш навантажені деталі з максимальним робочим перетином 35мм	850-980
Леговані сталі з 0,12-0,20%С: 18ХМА, 12Х2Н4А, 15Х2ГН2ТА, 20ХГР, 18ХСНРА, 15ХГНТА, 15ХГНВА	Відповідальні шестерні різного модуля і інші деталі, які працюють в умовах високих навантажень, з максимальним робочим перетином 50-75мм (18ХМА, 20ХГР-40-60мм)	800-1000
Леговані сталі з 0,12-0,30% С: 25ХГТ, 30ХГТ, 18Х2Н4ВА, 20Х2Н4А, 20ХН3А, 20ХГВТ, 20ХГСВТ, 20ХГН, 16ХГТА, 15ХГНТА, 15Х2Н2ТА, 20Х2МЮР, 15Х2ГН2ТРА, 14ХГСН2МА, 20Х2СФР, 22ХГНМАЮ	Особливо відповідальні шестерні середніх і великих модулів для важких умов роботи з максимальним робочим перетином 100-120мм (25ХГТ, 30ХГТ, 20ХГВТ, 20ХГСВТ, 20ХГН-60-80мм)	900-1100
Штампові напівтеплостійкі і теплостійкі леговані сталі з вмістом 0.3-0.5 % С: 50ХНВ, 50ХНМ, 50ХНТ, 40ВФС, 40Х4М2, 45Х5В4МФС, 40Х, 40ХН, 38ХГСА, 3Х2В8, 45Х3В3МФС, 40Х2В5МФ, 17ХНВМ2Ф	Деталі технологічного оснащення, штамповий інструмент для холодної і гарячої обробки металів, а також найбільш відповідальні деталі машин	800-1100
Інструментальні і кулькопідшипникові сталі: ШХ15, ШХ15СМ, ШХ9, 7Х3, 9ХС, Х12Ф, Х12М і інш.	Деталі технологічного оснащення і штамповий інструмент для холодної обробки металів тиском, а також деякі деталі машин	800-1100
Високохромисті нержавіючі сталі: 0Х12, 10Х13, 20Х13, 10Х17, 14Х17Н2, 13Х14НВФРА, 10Х16Н2АМ, 12Х12НВМА і інш.	Деталі які працюють на зношування в корозійному середовищі, а також інструмент: ріжучий, вимірювальний, хірургічний, для холодної і гарячої обробки металів тиском	900-1000
Швидкоріжучі і спеціальні низьковуглецеві сталі близькі по хімічному складу до швидкоріжучих	Ріжучий і вимірюючий інструмент (сверла, фрези, метчики і інш.)	1000-1250
Ковкі, сірі і високоміцні чавуни	Деталі машин і технологічного оснащення різного призначення, які працюють в умовах абразивного зношування	730-950
Спечені матеріали: ПЖ2М2, ПЖ30, ПЖ2М2 + ПЖ30, ПЖ2М2 + ПЖ30, ПЖ2М3	Деталі машин технологічного оснащення і інструмент різного призначення	900-1000
Графітизовані сталі	Штамповий інструмент для холодної обробки кольорових металів, деталі технологічного оснащення, втулки гідронасосів і інші	800-1000

Таблиця 1.18.

Рекомендовані товщини цементованих шарів для виробів

різного призначення

Назва виробу	h, мм	Назва виробу	h, мм
Зубчаті колеса; Модуль1	0.05-0.2	Кільця підшипників: Для малого тиску Для великого тиску	0.8-1.0 1.2-1.6
1-2	0.2-0.4
2-3	0.5
3-4	0.6	Ролики підшипників:
4-5	0.4-0.5	Несучих	1.0-1.4
5-6	0.9	Ковзання	0.8-1.0
6-7	1.1	Добре відшліфованих	1.2-1.4
7-8	1.3	Пресовий інструмент: Малий Великий	0.9-1.2 1.1-1.5
8-9	1.5
9-12	1.6-2.0

Рис.1.12. Спеціальна ванна (положення шестерні при

наплавленні кулачків): 1 – шестерня; 2 – решітка; 3 – ванна

Щоб запобігти вигоранню вуглецю, відновлення проводять з невеликим надлишком ацетилену.

Наплавлені зуби шестерні охолоджують на повітрі, а потім обробляють (обпилюють або фрезерують), надаючи їм початкові розміри. Після механічної обробки шестерню повторно встановлюють у механічну ванну. Відновлені місця почергово підігрівають пальником до отримання вишневого кольору металу, а потім гартують у воді, весь час повертаючи деталь. Можна також нагріти всю шестерню в печі до температури 780-800 °С і загартувати в маслі з наступним відпуском при температурі 180-200 °С. Після термічної обробки наплавлені місця повинні мати твердість 54-56НRC [2].

Дата добавления: 2015-07-18