Режимы термической обработки некоторых углеродистых и легированных сталей

Продолжение табл. 8.2

•' Приняты следующие обозначения: 3 — закалка, 31 — закалка пер' вая, 311 — закалка вторая, Н — нормализация, Ов — отпуск высокий, Он — отпуск низкий. Ос — отпуск средний. От — отжиг.

•' Твердость после нормализации, отжига или отпуска.

•' Твердость после закалки и низкого или среднего отпуска.

рекомендуются специальные режимы термообработки (табл. 8.3).

8.5. Химико-термическая обработка сталей

Химико-термической обработкой называют процесс, сочетающий термическое и химическое воздействие на поверхностный слой стальных деталей с целью увеличения твердости и прочности этого слоя при сохранении мягкой сердцевины детали. Применяют химико-термическую об­работку для повышения износостойкости деталей, работаю­щих в условиях трения. Из многих видов химико-термиче­ской обработки в кузницах не машиностроительных предприятий обычно применяют цементацию и цианирова-ние.

Таблица 8.3

Пружина

* Для стали 55С2 закалочной средой может быть и вода.

Цементация состоит в диффузионном насыщении угле­родом поверхностных слоев деталей, изготовленных из мягкой и вязкой углеродистой или легированной стали с содержанием углерода меньше 0,25%, которые по харак­теру использования должны иметь твердые наружные слои и вязкую сердцевину. Например, зубчатые колеса, червяки червячных передач, поршневые пальцы, ролики подшипников качения, трущиеся о землю детали сельско­хозяйственных машин и др.

В основном цементации подвергают следующие марки стали: 10, 15, 20, 25, 15Г, 20Г, 15Х, 20Х3, 15ХГ, 18ХГМ, 12ХМ, 15НМ, 20НМ, 20ХН, 12Х2Н4, 20Х2Н4-

Науглероживание наружного слоя происходит при нагреве готовых деталей в материалах, легко отдающих 171

Таблица 8.4

Составы заводских карбюризаторов

углерод, которые называют карбюризаторами. При этом сталь нужно нагревать до температуры выше линии SG (см. рис. 8.2). Карбюризаторы могут быть твердыми, жид­кими и газообразными. В кузницах не машиностроитель­ных предприятий возможно применение цементации в твердых карбюризаторах, как наиболее простом способе.

Цементация твердым карбюризатором состоит в разме­щении детали в этом карбюризаторе, нагреве до темпера­туры 920...950°С, выдержке при этой температуре и охлаждении с карбюризатором без доступа воздуха. В результате наружные слои детали насыщаются углеродом до 0,8...1,0% на глубину 0,5...2,4 мм.

Твердые заводские карбюризаторы представляют собой твердую смесь, содержащую от двух до шести элементов (табл. 8.4). В кузницах же можно приготовить заменители карбюризаторов, при использовании которых получают качество цементации не хуже, чем заводскими карбюриза­торами. Составы заменителей карбюризаторов могут быть следующими.

Первый — торф с влажностью не более 10%, из­мельченный и просеянный через сито.

Второй — опилки различных древесных пород (лучше березовые или дубовые).

Третий — опилки твердых пород дерева 92...95% и кальцинированная сода 5...8%.

178',

Рис. 8.4. Ящик для химико-термической обработки деталей:

1 — крышка; 2 — глиняная обмазка; 3 — цементационная смесь; 4 — «сви­детель»; 5 — цементуемые детали; 6 — ящик; 7 — песок

Четвертый — подсолнечная шелуха 95% и каль­цинированная сода 5%.

Опилки и шелуху следует хорошо просушить. Карбю­ризаторы можно применять повторно с добавлением к ним 25...30% свежего карбюризатора.

Процесс цементации в твердом карбюризаторе выпол­няется следующим образом. Детали, подлежащие цемента­ции, промывают в керосине, бензине или 5%-ном растворе каустической соды и укладывают рядами в стальной цементационный ящик (рис. 8.4, а). Одновременно с дета­лями в этот ящик укладывают два прутка диаметром 10. -.20 мм из одинаковой с деталями стали, так чтобы концы их выходили наружу, а один пруток кладут ниже деталей на 10... 15 мм. Эти прутки называют «свидетелями» и применяют их для контроля процесса цементации. Между рядами деталей и «свидетелями» насыпают карбю­ризатор и утрамбовывают. Ящик закрывают стальной крышкой и щели замазывают замазкой, состоящей из двух частей огнеупорной глины и одной части речного песка, разведенных водой до тестообразного состояния.

Подготовленный таким образом ящик устанавливают в (печь или горн, засыпают коксом (углем) и разводят огонь. Температура нагрева ящика и деталей должна быть не менее 900...950°С, потому что при 880 °С цементирую­щая способность опилок уменьшается, а при 820 °С про­исходит обратный процесс — выделение углерода из стали. Продолжительность выдержки при температуре 900......950°С зависит от желаемой глубины цементационного слоя и может быть следующей:

Глубина слоя, мм...... 0,4... 0,7 0,6... 0,9 0,8...1,2

Продолжительность выдерж­ки, ч............ 4,0... 5,0 5,5... 6,5 6,2... 10

Глубина слоя, мм...... 1,2... 1,6 1,6...2,0 2,0... 2,4

Продолжительность выдерж­ки, ч............ 10... 1,4 14... 19 19... 24

Время нагрева ящика и деталей до температуры цемен­тации (2...4 ч) не учитывается. Отсчет времени выдержки начинают с момента нагрева ящика и деталей до темпера­туры 900 °С. Глубину цементации определяют по прут­кам — «свидетелям». Ко времени предполагаемого конца цементации прутки по очереди вынимают из ящика и вакаливают в воде. На прутке по излому определяют глубину цементационного слоя, отличающегося от сердце­вины более светлой окраской и более мелким зерном. По Прутку, уложенному ниже деталей, определяют оконча­тельную ширину цементированного слоя в деталях.

После достаточной выдержки ящик с деталями и карбю­ризатором охлаждают на воздухе, не нарушая замазки, Затем детали вынимают из ящика, закаливают и подвер­гают низкому отпуску. Температура закалки—800......830°С, отпуска— 160...200°С. Поверхность правильно цементированной детали должна иметь матово-серебристый цвет. Наличие цветов побежалости или окалины указывает на некачественность цементации.

Чтобы не замазывать глиной соединение ящика с крыш­кой, для цементации можно применять ящик с песочным затвором (рис. 8.4, б). Детали в него укладывают так же, как показано на рис. 8.4, а.

Места деталей, которые не требуется цементировать, омедняют или покрывают слоем огнеупорной смеси, напри­мер, состоящей из следующих компонентов; первая смесь—огнеупорная глина с 5...10%-ной примесью из­вести или асбеста; вторая смесь — 30% огнеупорной глины^ 20% песка и 50% измельченной до порошка окалины., Цианирование состоит в одновременном насы­щении поверхностных слоев деталей углеродом и азотом. При этом стойкость деталей против истирания увеличи­вается еще в большей степени, чем после цементации.

Наиболее простой способ цианирования мелких деталей (болтов, гаек, губок ключей и плоскогубцев, измеритель­ного инструмента, напильников и др.) состоит в следую­щем. Деталь нагревают в печи или горне до температуры 780...850 "С. После некоторой выдержки при этой темпера­туре деталь вынимают из печи или горна и места, подлежа­щие цианированию, равномерно со всех сторон посыпают порошком синькалн [гексацианоферрат (II) калия 3-вод-

ный1 или кровяной соли. Деталь снова нагревают, да температуры 800...850°С для расплавления порошки, Повторение этой операции несколько раз обеспечивает насыщение поверхности стали азотом и углеродом на глу­бину до 0,2 мм. После этого детали закаливают и подвер­гают низкому отпуску. Твердость поверхности детали после цианирования получается такой, что напильник

по ней будет скользить.

Для более глубокого цианирования используют пасту

следующего состава: 40% голландской сажи или торфяного кокса (малосернистого), 15% углекислого бария, 20% углекислого натрия, 20% синькали и 5% песка. Все компоненты разводят в 15%-ном водном растворе техниче­ской патоки или канцелярского клея до густоты, какую имеют краски. Пасту наносят на детали слоем З...4мм для получения глубины цианированного слоя I...1,5 мм. Детали загружают в пустые цементационные ящики с песочным затвором (рис. 8.4, б), нагревают их до темпера­туры. 920...930°С, выдерживают 1...1,5ч, охлаждают, закаливают и подвергают низкому отпуску.

Для цианирования инструментальной и быстрорежу­щей сталей применяют пасту, состоящую из 50% порошка древесного угля, 25% соды и 25% синькали, которые разво­дят в 15%-ном водном растворе патоки. Пасту намазывают, на инструмент слоем б...8 мм. После просушки слоя пасты инструмент укладывают в цементационный ящик (рис. 8.4, б), пересыпая детали чугунной стружкой, нагре­вают до температуры 780...820°С, выдерживают при этой температуре 2...3 ч, охлаждают, закаливают и подвергают

низкому отпуску.

Инструменты из быстрорежущей стали могут быть

подвергнуты низкотемпературному цианированию в газо­вой, жидкой или твердой стредах. Твердая среда состоит из 60...80% древесного угля с зерном 3...6 мм и 40...20% желтой кровяной соли 1гексацианоферрат (II) калия!. измельченной в порошок. Инструменты укладывают в ящик, пересыпая их цианирующей смесью, нагревают до температуры 550... 560 °С, выдерживают l..-Зч в зависи­мости от толщины инструмента и охлаждают ящик вместе с инструментом до температуры 200...100°С. Однако применение жидкой и газообразной сред требует ср&-циального оборудования и в кузницах применять их

сложно.

Режим химико-термической обработки некоторых ста-

лей и твердость их после такой обработки приведены Bj табл. 8.5.

Таблица 8.5 Твердость некоторых сталей после химико-термической обработки

Примечание. Ц— цементация, Цнр — цианирование, остальные, как в табл. 8.3.