Режимы термической обработки цементованных изделий
Режим термической обработки
Общая характеристика термической обаботки
Непосредственная закалка в масле (расплавленные соли) при температуре 160–180 °С из цементационной печи с подстуживанием до 800–850 °С (до температуры выше точки АС3 сердцевины стали)
Не измельчает зерна стали. Подстуживание уменьшает коробление деталей и повышает твердость слоя вследствие снижения количества остаточного аустенита. Рекомендуется для низколегированных наследственно мелкозернистых сталей. Широко применяется после газовой цементации
Быстрое или медленной охлаждение после цементации, закалка — с 750–780 °С или температуры выше точки АС3 сердцевины стали
При быстром охлаждении не образуется карбидная сетка. Повышается опасность коробления деталей. Для полной закалки сердцевины нагрев проводят выше АС3. Для уменьшения коробления рекомендуется использовать ступенчатую закалку. Применяется после цементации в среде твердого карбюризатора и газовой цементации
Цементация с замедленным охлаждением, высокий отпуск при 600–640 °С, 3–10 ч, закалка — с температуры 780–800 °С — сталь 20Х2Н4А и 800–820 °С — сталь 18Х2Н4ВА
Высокий отпуск вызывает распад остаточного аустенита и образование легированных карбидов. При нагреве стали под закалку карбиды частично растворяются в аустените. После закалки количество остаточного аустенита резко понижается, а твердость возрастает. Применяется после цементации высоколегированных сталей в том случае, когда в цементированном слое велико количество остаточного аустенита
Охлаждение после цементации на воздухе (или вместе с ящиком), двойная закалка или нормализация и закалка
Первая закалка с 880–900 °С устраняет карбидную сетку и измельчает зерно сердцевины. Вторая закалка с 760–830 °С измельчает зерно цементированного слоя и придает ему высокую твердость. Применяется для обработки ответственных деталей после цементации в твердом карбюризаторе для получения высоких механических свойств. Из–за двойного нагрева резко возрастает опасность коробления деталей
Таблица 9.5
Общие принципы выбора температуры (°С) термической обработки цементованных сталей
Группа сталей
Режим цементации
Закалка сердцевины
Смягчающий отжиг
Закалка цементированного слоя
Отпуск
Углеродистые
850–880
890–920
650–680
770–800
150–175
900–930
890–920
650–680
770–800
150–175
Хромистые
870–900
850–880
650–680
770–800
150–175
Хромистые
900–930
850–880
650–680
770–800
150–175
Хромомарганцовистые
900–930
840–870
650–680
810–840
175–200
Хромоникелевые
900–930
840–870
630–650
800–830
175–200
Качество процесса цементации оценивается по эффективной толщине цементованного слоя, которая определяется по одному из двух показателей — твердости или структуре слоя. Структура поверхностного слоя цементованной стали состоит из нескольких зон: поверхностной — заэвтектоидной (перлит + цементит), эвтектоидной — перлитной и доэвтектоидной — перлито-ферритной. Эффективную толщину цементованного слоя по структуре принято измерять на металлографических шлифах в отожженном состоянии при увеличениях от 100 до 500 раз. Границей цементованной зоны считается структура состоящая из 50 % перлита и 50 % феррита, что соответствует концентрации углерода равной 0,4 масс. %.
В случае, когда за критерий оценки толщины цементованного слоя принимается твердость или микротвердость после цементации, то оценка ведется на термически обработанных образцах, а за конец цементованного слоя принимается зона с твердостью 50 HRCЭ или 540–600 НV (табл. 9.6).
Таблица 9.6
Рекомендуемые значения контрольной и поверхностной твердости при установлении эффективной толщины слоя
Существует еще один приблизительный метод оценки глубины цементованного слоя. Метод оценки изломов проб в закаленном состоянии, а также данные о влияние температуры и продолжительности цементации на глубину слоя по излому закаленных проб приведены в табл. 9.7. Такой метод является одним из старейших при оценке глубины цементованного слоя, используется при твердофазной цементации и состоит в следующем. В середине передней стенки цементационного ящика вставляются пробные прутки, которые время от времени извлекают и закаливают; по излому судят о глубине цементованного слоя.