Адрес этой страницы' ?>

<<Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Газовая цементация.

Карбюризатором при газовой цементации служит газ, содержащий углеводороды, т. е. соединения углерода и водорода, например метан — СН₄. При высокой температуре такой газ разлагается (диссоциирует) и дает необходимый для цементации атомарный углерод.

Карбюризатором может служить, например, природный газ, который содержит 95—97% СН₄. При отсутствии газа можно использовать жидкие карбюризаторы, также содержащие углеводороды, например керосин. Такая жидкость вводится в рабочее пространство печи и под действием высокой температуры, испаряясь, также превращается в газовый карбюризатор.

Разложение углеводородов может происходить таким образом, что наряду с атомарным углеродом образуется смола и сажа, которые оседают на поверхности деталей. При выделении из смолы водорода образуется кокс. Коксовая пленка, так же как смола и сажа, покрывая поверхность деталей, препятствует цементации.

Промышленностью выпускается специально для газовой цементации искусственный жидкий карбюризатор — синтин (от слова синтетический, искусственный).

Он обладает высокой цементующей активностью и, главное, почти не дает закоксовывания, а получающееся небольшое количество сажи легко удаляется с деталей.

Наилучшие результаты достигаются при использовании в качестве карбюризатора газовой смеси, состоящей из 5—10% природного газа и 90—95% эндогаза (см. с. 62). Последнее время предпочтение отдают экзо-газу, который содержит меньше водорода.

Важным преимуществом газовой цементации является возможность закалки непосредственно с цементационного нагрева. При этом сокращается цикл обработки, уменьшается окисление поверхности деталей и снижается стоимость термической обработки. Несмотря, однако, на всю заманчивость процесса цементации с непосредственной закалкой, он может быть применен далеко не всегда. Ограничения здесь объясняются двумя причинами. Во-первых, длительная выдержка при высокой температуре в период цементации приводит к росту зерна стали. Если детали после цементации охлаждаются обычным способом, а затем перед закалкой проводится повторный нагрев, то происходит перекристаллизация, в результате чего зерно измельчается. Во-вторых, в легированных сталях с повышенным содержанием легирующих элементов типа 12ХН3А, 20Х2Н4А и др. после непосредственной закалки с цементационного нагрева в цементованном слое получается много остаточного аустенита, вследствие чего снижается твердость и износостойкость поверхности. Это связано с тем, что в период цементации в условиях высокой температуры в аустените растворяется большое количество легирующих элементов, и потому он приобретает большую устойчивость при закалке. Этого можно избежать, если после цементации сделать высокий отпуск, при котором легирующие элементы частично выделяются из твердого раствора. При последующем нагреве под закалку они уже не успеют полностью раствориться в аустените, и потому он будет менее устойчивым при закалке.

При закалке с цементационного нагрева рекомендуется проводить подстуживание деталей до 800— 840°С (в зависимости от марки стали). Это способствует уменьшению коробления и снижает количество остаточного аустенита в цементованном слое.

Температура процесса газовой цементации в большинстве случаев устанавливается в пределах 930— 960°С. С целью сокращения продолжительности процесса ее повышают до 980°С. Это, однако, допустимо лишь для деталей, изготовленных из мелкозернистых сталей типа 18ХГТ, не склонных к росту зерна в условиях длительного воздействия высокой температуры. В противном случае высокотемпературная цементация в сочетании с непосредственной закалкой вызывают хрупкость стали.

Отличительной особенностью газовой цементации является возможность регулирования процесса путем изменения цементующей активности газовой атмосферы. Наилучшим образом это осуществляется при цементации в эндо- и экзогазовой атмосфере путем изменения соотношения количества природного газа и эндо- или экзогаза, вводимых в печь. При цементации необработанным природным газом, а также жидкими карбюризаторами регулирование производится путем изменения режима подачи карбюризатора, хотя это уже не так эффективно. Наряду с этим использование для цементации эндо- и экзогаза позволяет сравнительно легко осуществить автоматическое регулирование состава печной атмосферы.

В процессе газовой цементации может происходить внутреннее окисление. Оно оказывает очень вредное влияние на качество цементуемых деталей, особенно, если они изготовлены из легированных сталей, содержащих в своем составе хром, марганец и титан. Практически при цементации в атмосфере печи всегда содержится некоторое количество кислорода. Этот кислород проникает в сталь на глубину до 0,03 мм и, соединяясь с легирующими элементами, образует окислы. В результате небольшой по глубине слой обедняется легирующими элементами, и закаливаемость его ухудшается. Вместо мартенсита в нем получается структура троостита. Это резко снижает работоспособность детали. Установлено, что если в конце процесса в атмосферу печи ввести 10% аммиака, внутреннего окисления не произойдет.