Технология цементация стали: особенности технологии и марки стали для цементации

alexxlab | 13.02.1997 | 0 | Разное

Содержание

особенности технологии и марки стали для цементации

Цементация (науглероживание) – разновидность химико-термической обработки стали, целью которой является насыщение поверхностного слоя углеродом при повышенных температурах в карбюризаторе. Для достижения требуемых свойств готового продукта после процесса цементации проводят закалку с низким отпуском. Назначение этого вида ХТО – получение твердого, износостойкого поверхностного слоя.

Стали под цементацию

Этот вид химико-термической обработки применяют для:

  • низкоуглеродистых сталей с содержанием C 0,1-0,18%;
  • низкоуглеродистых легированных сталей;
  • среднеуглеродистых сталей с содержанием C 0,2-0,3%, если из них изготовлены крупногабаритные детали (сердцевина сохраняет высокую вязкость, а поверхность приобретает твердость).

Технология цементации стали

На ХТО деталь поступает после механической обработки. Часто требуется упрочнить не всю поверхность заготовки, а часть. В этом случае на участки, которые не нуждаются в упрочнении, электролитическим способом наносят тонкий слой меди или защищают их обмазками. Для изготовления обмазок используют огнеупорную глину, асбест, песок, жидкое стекло. Существует несколько видов цементации стали.

С использованием твердого карбюризатора

В этом случае источником атомарного углерода является древесный уголь и активизаторы – кальцинированная сода и углекислый барий. Подготовленные детали укладывают в сварные стальные или литые чугунные ящики. В ящик, который может быть круглым или прямоугольным, укладывают древесный угль слоем толщиной 2-3 см, затем первый ряд заготовок с отступом между ними и стенками емкости. Так повторяется столько раз, сколько предусмотрено технологией. Слой карбюризатора между рядами заготовок – 1-1,5 см. Верхним является слой карбюризатора толщиной 3,5-4,0 см. Емкость закрывают крышкой, все зазоры замазывают огнеупорной глиной или глиной с песком.

Цементация осуществляется в печи при температурах +910…+930°C. Время нахождения деталей в печи рассчитывается следующим образом: 7-9 минут на каждый сантиметр наименьшего размера емкости. О качественном прогреве можно судить по состоянию подины печи. Если на ней отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с тарой, то нагрев можно заканчивать. После печи ящик в закрытом виде охлаждают на воздухе до +400…+500°C, а затем его открывают.

Газовая цементация

Этот процесс отличается более высокой производительностью, по сравнению с вышеописанным, поэтому такая технология востребована на промышленных предприятиях при массовом производстве.

Преимущества газовой ХТО:

  • возможность контроля концентрации углерода в поверхностном слое;
  • сокращение длительности обработки из-за отсутствия необходимости в прогреве емкости;
  • возможность полной автоматизации;
  • значительное упрощение финишной термообработки, так как закалку производят прямо из цементационной печи.

Оптимальные характеристики – твердость и износостойкость – обеспечивает цементация в природном газе, состоящем из метана, пропанбутановых смесей, жидких углеводородов. Процесс проходит при температурах +910…+930°C в печах шахтного типа, время обработки обычно составляет 6-12 часов.

Науглероживание также может производиться в растворах электролитов, кипящем слое, пастообразных составах.

Цементация стали: цель, технология процесса, режимы

Цементация металла – это вид термической обработки металлов с использованием дополнительного химического воздействия. Атомарный углерод внедряется в поверхностный слой, тем самым его насыщая. Насыщение стали углеродом, приводит к упрочнению обогащенного слоя.

Цементация стали

Процесс цементации

Целью цементация стали является повышение эксплуатационных характеристик детали. Они должны быть твердыми, износостойкими снаружи, но внутренняя структура должна оставаться достаточно вязкой.

Для достижения данных требований требуется высокая температура, среда, выделяющая свободный углерод. Процесс цементации применим к сталям с содержанием углерода не больше двух десятых долей процента.

Для науглероживания слоя наружной поверхности, детали нагревают с использованием печи до температуры в диапазоне 850С — 950С. При такой температуре происходит активизация выделения углерода, который начинает внедряться в межкристаллическое пространство решетки стали.

Цементация деталей достаточно продолжительный процесс. Скорость внедрения углерода составляет 0,1 мм в час. Не трудно подсчитать, что требуемый для длительной эксплуатации 1 мм можно получить за 10 часов.

Влияние на глубину слоя продолжительности цементации

На графике наглядно показано на сколько зависит продолжительность по времени от глубины наугрероживаемого слоя и температуры нагрева.

Технологически цементация сталей производится в различных средах, которые принято называть карбюризаторами. Среди них выделяют:

  • твердую среду;
  • жидкую среду;
  • газовую среду.

Поверхностный слой, получаемый цементацией

Стали под цементацию обычно берутся легированные или же с низким содержанием углерода: 12ХН3А,15, 18Х2Н4ВА, 20, 20Х и подобные им.

Способы цементации

Цементация получила широкое распространение при обработке зубчатых колес и других деталей, работающих при ударных нагрузках. Высокая твердость рабочих поверхностей обеспечивает продолжительный срок работы, а достаточно вязкая середина позволяет компенсировать ударные нагрузки.

Разработаны множество способов науглероживания. Чаще всего используются следующие:

  • в твердой среде;
  • в жидкости;
  • в газе;
  • в вакууме.

Как происходит процесс цементации с использованием твердой среды

В качестве твердого карбюризатора берется смесь древесного угля (береза, дуб) и соли угольной кислоты с кальцием и другими щелочными металлами. Количество древесного угля может достигать 90%. Для приготовления смеси компоненты дробятся для улучшения выхода углерода. Размер частиц не должен превышать 10 мм. Так же не должно быть микроскопических частив в виде пыли и крошек, поэтому смесь просеивается.

Цементация стали в твердой среде

Для получения готовой смеси пользуются двумя способами. Первый – соль с углем в сухом состоянии тщательно перемешивается. Второй способ – из соли получают раствор. Для этого ее разводят в воде, а после чего этим раствором обильно смачивают древесный уголь. Перед помещением в печь уголь сушат. Его влажность не должна превышать 7%. Получение карбюризатора последним способом более качественно.

Смесь насыпается в ящики. После чего в них помещают детали. Для исключения оттока газа, получаемого во время нагрева, ящики подвергаются герметизации. Плотно закрывающую крышку дополнительно замазывают шамотной глиной.

Ящики подбираются в зависимости от формы детали, их количества и объема засыпанной смеси. Обычно они бывают прямоугольными и круглыми. Материалом для изготовления ящиков может служить сталь как жаростойкая, так и низкоуглеродистая.

Технологический процесс цементации стали можно представить в следующем порядке:

  • Детали, предназначенные под цементацию, закладываются в металлические ящики, при    этом равномерно пересыпаются угольным составом.
  • Ящики    герметизируются и подаются в заранее нагретую печь.
  • Первоначально производится прогрев до температурных показаний порядка 700С — 800С.
  • Контроль прогреваемости производится визуально. Ящики и подовая плита имеют равномерный цвет без затемненных пятен.
  • Далее температуры в печи увеличивают до требующихся 850С 950С. В данном    диапазоне происходит диффузия внедрения атомов углерода.
  • Длительность    выдерживания деталей в печи напрямую зависит от требуемой толщины слоя.

Как происходит процесс цементации в газовой среде

Цементация стали в среде газов производится при массовом выпуске деталей. Глубина цементации не превышает 2-х мм. Используемые газы – естественные или искусственные газы, содержащие углерод. Обычно используется газ, получающийся при распаде нефтепродуктов.

Цементация стали в газовой среде

Его получают в большинстве случаев нагреванием керосина. Больше половины газа подвергают модификации, его крекируют.

Активный углерод при данном способе обработки получается при распаде, и формула имеет следующий вид:

2СО=СО2+С

СН4=2Н2+С

Если пиролизный газ использовался без модифицированного, то в результате обогащенный слой металла будет недостаточным. К тому же пиролизный газ создает обильную сажу.

Печи для данного способа цементации должны быть герметичными. Обычно пользуются стационарными печами, но как вариант методическими.

Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

Подвергаемые    цементации изделия помещаются в печь. Температура    поднимается порядка 910С — 950С. Производится    подача газа в печь. Выдержка    в газовой среде определенное время.

Длительность термического воздействия составляет 15 часов при температуре в 920С с получаемым слоем 1,2 мм. Для ускорения производственного процесса температуру поднимают. Уже при 1000С получить такой же науглероженный слой возможно за 8 часов.

В последнее время широкое применение нашел способ проведения процесса в эндотермической среде. Во время активного науглероживания в газовой среде поддерживается значительный потенциал углерода за счет введения природного газа (пропана, бутана или метана). На этот период концентрация газ из нефтепродуктов устанавливается на уровне 1%.

Процесс проведения цементации в жидкой среде

Жидкая среда – это расплавленные соли. В качестве солей используются карбонаты металлов, правда, металлы должны быть щелочными с низкой температурой плавления. Температура проведения цементации при данном методе составляет 850С. Процесс происходит во время погружения деталей в ванну с расплавом и выдерживании их там.

Цементация стали в жидкой среде

Цементация в жидкой среде отличается не большим насыщенным слоем, который не превышает 0,5 мм. Соответственно времени занимает до 3 часов. Среди достоинств следует отметить: обработанные детали имеют незначительную деформацию, а также возможна закалка без промежуточного этапа.

Как происходит процесс цементации в вакууме

Недостаточное давление, создаваемое в печи, значительно сокращает время проведения обработки. Цементацию стали и технологический процесс можно представить в следующем порядке:

  • При данном методе детали помещаются в холодную печь.
  • После герметизации камеры нагрева в ней создается вакуум.
  • Затем производят нагрев до требуемой температуры.
  • Производится выдержка, которая занимает до часа по времени. За это время выравнивается температура и с поверхности нагретых деталей осыпаются загрязнения, мешающие науглероживанию.
  • Затем подается в камеру углеводородный газ под давлением. За счет чего происходит активная фаза обогащения поверхностного слоя.
  • На следующем этапе происходит диффузионное внедрение углерода. На этом этапе в камере опять создают вакуумическое давление.
  • За короткий промежуток времени не получается требуемого науглероженного слоя, поэтому процесс повторяют до тех пор, пока не получится требуемая глубина. Обычно результат получается за три стадии.
  • Охлаждение до температуры окружающей среды происходит в печи под действием инертных газов под разным давлением.

Печь для вакуумной цементации

Процесс полностью компьютеризирован. За подачей газа, температурой, давлением следит программа, отвечающая за весь технологический процесс. Среди достоинств следует отметить:

  • регулирование количества углерода;
  • отсутствие    кислорода предотвращает образование окислов;
  • газ проникает даже в отверстия минимального диаметра;
  • чередование процессов происходит при равных условиях;
  • полная автоматизация; сокращенные сроки.

Процесс проведения цементации пастами

При производстве разовых работ рациональнее пользоваться пастами для проведения цементации. В составе пасты находятся: сажа с пылью древесного угля. Толщина слоя наносимой пасты должна быть восьмикратно увеличена для получения требуемого насыщенного слоя.

После нанесения состав просушивается. Для процесса цементации используются индукционные высокочастотные печи. Температура проведения процесса достигает 1050С.

Как происходит процесс цементации в электролитическом растворе

Процесс во многом схож с гальваническим покрытием. В нагретый раствор электролита помещается заготовка. Подведенный ток вызывает получение активного углерода и способствует его проникновению в поверхность стальной заготовки.

Таким способом подвергают обработке детали, имеющие небольшой размер. Параметры для прохождения цементации: напряжение тока – 150-300В, температура 450-1050С.

Свойства металла после обработки

После проведения цементации твердость науглероженного слоя достигает: 58-61 HRC на легированных сталях и 60-64 HRC на низкоуглеродистых сталях. Длительное нахождение стали при высоких значениях температуры, вызывает изменение структуры металла.

Структура стали после цементации

Для исправления крупного зерна металла детали после цементации подвергаются повторному нагреву и закалке с последующим отпуском или нормализацией.

Закалка производится при температуре, не превышающей 900С. В металле происходит измельчение зерна за счет получения перлита и феррита.

Вместо закалки для легированных сталей производят нормализацию. После сквозного прогрева в середине детали образуется мартенсит. Нагрев детали зависит от марки стали, из которой она была изготовлена.

Режимы термической обработки стали после цементации

В качестве заключительной фазы проводят низкотемпературный отпуск, который позволяет устранить поверхностные напряжения и деформации, вызванные высокотемпературной обработкой.

Недостатки цементации

Как было выше сказано основным недостатком после цементации остается изменение структуры металла. В связи с этим требуется дополнительная обработка, что увеличивает время и так длительного процесса цементации.

Для проведения работ требуется обученный и высококвалифицированный персонал. Среди недостатков следует выделить необходимость подготовки карбюризатора.

В заключение стоит отметить, что цементация позволяет использовать, стали с низким содержанием углерода для изготовления ответственных деталей с длительным сроком эксплуатации, что значительно снижает конечную стоимость.

Для защиты поверхностей, не предназначенных под цементацию, пользуются пастами, намеднением или закладывают увеличенные допуски под обработку.

Цементация стали, ее сущность и назначение

В зависимости от специфики применения различных металлов и сплавов нередко производится их дополнительная обработка. Это позволяет выделить (усилить) те или иные свойства образца. Что представляет собой цементации стали, зачем она нужна, в каких случаях целесообразно ее проводить – об этом читатель в доступной форме узнает из предлагаемой статьи.

Существуют различные методики химико-термического воздействия на материалы. Одна из них – цементация. Применяется данная технология для сталей малоуглеродистых и легированных, содержание элемента «С» в которых не превышает 0,25%.

Назначение – повышение таких характеристик сплава, как износостойкость, прочность, твердость.

Сущность цементации[/su_highlight] – укрепление поверхностного слоя стали. Это осуществляется его насыщением углеродом (на глубину от 0,5 до 2 мм) и последующей закалкой образца.

Для реализации чаще всего используются специальные печи, где процесс протекает при высокой температуре – порядка 945 (±15) ºС.

В зависимости от габаритов и конструкционных особенностей изделия оно выдерживается в таких условиях в течение нескольких часов. По сути, это комплексная обработка детали (химическая + термическая) с целью придания ей твердости.

Способы цементации стали

Пастами

Технология самая простая, но не всегда применимая. Для деталей, имеющих сложную конфигурацию, с различными выступами, пазами и тому подобное, она явно не подходит.


 Методика  – поверхностное нанесение цементирующей пасты на образец. Ее слой выбирается большим по сравнению с расчетной глубиной проникновения углерода в сталь (примерно в 7 раз).

 Условия  – температурный режим выставляется в зависимости от вида пасты, в пределах от 900 до 1 000 ºС.

Такую цементацию стали можно провести и в домашних условиях, при наличии сушильного шкафа с требуемыми параметрами.

Газовой средой

Одна из самых эффективных методик, которая широко применяется в промышленности. Она существенно упрощает процесс цементации, сокращает время обработки стали и повышает производительность. Главное условие – правильно подобрать смесь по долевому содержанию углерода и оптимальный температурный режим.

 Методика  – продукция загружается с цементационную печь, в которую подается газ.

Кипящим слоем

Такой способ лишь отчасти напоминает предыдущий.

 Методика  – в печи, на решетке газораспределительной, помещается так называемый корунд. Эндогаз (смесь, в которую вводится метан) подается снизу и, поднимаясь, его разжижает, вследствие чего мельчайшие фракции начинают перемещаться вместе с потоком к обрабатываемому изделию. При высокой температуре происходит диффузия частичек корунда, и как результат, насыщение поверхностного слоя образца углеродом.

 Особенность  – степень цементации легко регулировать, изменяя подачу газа. Такая технология позволяет равномерно насыщать сталь по всей площади.

Такой способ, с учетом затрат и небольшой сложности, специалисты рекомендуют использовать при мелкосерийном производстве заготовок.

Твердым карбюризатором

В качестве насыщающей среды при такой технологии цементации используются полукоксы каменноугольный, торфяной или древесный уголь с гранулами от 3 до 10 мм при обязательном добавлении веществ, инициирующих процесс (активизаторов).

 Методика  – обрабатываемые образцы помещаются в металлическую емкость, на песчаный затвор. Они располагаются так, чтобы со всех сторон их можно было обложить слоем карбюризатора. Следовательно, соприкосновение изделий со стенками резервуара или друг с другом не допускается.

 Условия цементации  – температура 925 (±25) ºС. Время выдержки зависит от слоя насыщающей среды. Определяется из расчета: на 0,1 мм – 1 час термической обработки. Процесс можно ускорить, доведя нагрев до 975 – 980 ºС. Это сокращает время проведения технологической операции, но повышает эн/затраты и снижает качество готового продукта. На его поверхности образуется сетка, которую придется удалять.

В ряде случаев это довольно сложно, например, если изделие характеризуется рельефностью.

Электролитическим раствором

 Методика  – по сути, это разогрев постоянным током. Роль анода в цепи играет обрабатываемая деталь.

 Условия  – U = 150 – 300В. Это позволяет, в зависимости от силы тока, изменять температуру в пределах 500 – 1 100 ºС. Электролит готовится из нескольких компонентов, а в качестве активизаторов используются вещества с высоким содержанием углерода. Например, ацетон, сахароза, глицерин.

технология процесса, выбор рабочей среды

Во время изготовления металлических конструкций приходится прибегать к различным методам химико-термической обработки. Среди них достаточно распространенным является цементация стали. Этот способ примечателен тем, что может применяться в разных средах при относительно высоких температурах рабочей среды.

Процесс цементации металла — общие сведения

Химико-термическая обработка или цементация, это процедура, при которой на изделия воздействуют высокой температурой при помещении их в жидкую, газовую или твёрдую среду, что делается для придания им измененного химического состава. Причем этот эффект обеспечивает насыщение углеродом поверхностного слоя обрабатываемых объектов. Благодаря такой обработке можно обеспечить изделиям высокие характеристики устойчивости к износу и повышенную твердость. Примечательно то, что сердцевина этих деталей сохраняет свою начальную вязкость.

Эффективность метода цементации наблюдается при условии, что работа проводится с низкоуглеродистыми сталями, в составе которых доля углерода не превышает значения 0,2%. Термическая обработка обеспечивает насыщение поверхностного слоя деталей, причем для этого их помещают в специально подобранную среду, которая может легко выделить активный углерод, где поддерживается температура в диапазоне от 850 до 950 градусов Цельсия.

Создание подобных условий обработки позволяет изменять помимо химического состава обрабатываемых элемента и микроструктуру вместе с фазовым составом. Положительный эффект от такой обработки заключается в повышении прочности, в результате по характеристикам такая деталь не отличается от изделий, прошедших операцию закалки. Для достижения наилучших результатов особое внимание следует уделить грамотному расчету времени, в течение которого деталь должна выдерживаться в создаваемой среде, а также подбору температуры цементации.

Особенностью цементации стали является то, что на эту процедуру уходит достаточно много времени. Чаще всего процесс насыщения поверхности и придания ей специальных свойств проходит со скоростью около 0,1 мм за один полный час выдержки. Многие элементы нуждаются в создании упрочненного слоя толщиной более 0,8 мм, что позволяет говорить о том, что на эту обработку придется потратить как минимум 8 часов. На текущий момент технология цементации металла предусматривает использование нескольких сред:

  • газовые;
  • пастообразные;
  • твердые;
  • растворы электролитов;
  • кипящий слой.

Обычно при выборе среды для обработки металла используют газовые и твёрдые карбюризаторы.

Цементация металла в твердой среде

В качестве материала для твердого карбюризатора используется смесь углекислого натрия, бария или кальция с древесным углем, который необходимо применять в измельченном виде, представленном фракциями размером порядка 3-10 мм. Причем обязательно эту основу необходимо просеять, чтобы убрать пыль. Обязательной процедурой, которой подвергаются соли, является измельчение с целью придания им порошкообразного состояния, после чего эту массу просеивают через сито.

Для создания смеси могут применяться два основных способа:

  • В качестве основных компонентов используется сухая соль и уголь, которые необходимо основательно перемешать друг с другом, тем самым удастся снизить до минимума риск появления пятен во время химико-термической обработки стали;
  • На подготовленный древесный уголь нужно лить соль, предварительно смешанную с водой до растворения. Далее созданную на основе этих компонентов массу необходимо поместить для высушивания, причем оптимально, когда влажность смеси не превышает 7%.

Из этих методик наиболее предпочтительной является вторая ввиду ее более высокого качества. Это проявляется в том, что с ее помощью можно создать более равномерную смесь для насыщения поверхности углеродом. В составе готового карбюризатора на долю древесного угля приходится порядка 70-90%, а остальное занимает углекислый кальций и углекислый барий.

Для проведения твердой цементации применяют ящики, куда помещают карбюризатор. Лучше всего использовать ящик, соответствующий форме обрабатываемых изделий. Дело в том, что это поможет улучшить качество цементированного слоя, при этом удастся сократить до минимума время, которое требуется для прогрева тары. Важно позаботиться об отсутствии утечки газов: эту проблему решают путем замазывания ящиков глиной, а затем накрывают сверху герметичными крышками.

Важным моментом является и то, что прибегать к рассматриваемому варианту создания для непосредственного использования тары специальной формы имеет смысл в тех случаях, когда необходимо обработать посредством химико-термического метода большое количество деталей. Наибольшее распространение получили ящики, имеющие стандартную форму, которые различаются геометрическими размерами. Это дает возможность подбирать из них наиболее оптимальный вариант, который в наибольшей степени учитывает количество обрабатываемых изделий и размеры печи.

Обычно ящики изготавливают на основе малоуглеродистой или жаростойкой стали. Причем при выполнении обработки деталей при помощи твердого карбюризатора придерживаются следующей схемы:

  • Нуждающиеся в насыщение углеродом детали следует разместить с чередованием в ящике, заполненном заранее приготовленной смесью;
  • Далее готовят к работе печь, для чего ее прогревают до температуры 900-950 градусов, затем туда размещается рабочая тара;
  • Сама операция по прогреву ящика выполняется при температуре от 700 до 800 градусов. Определить, что ящики прогрелись достаточно, можно по подовой плите, которая должна иметь однородный цвет;
  • На заключительном этапе температуру печи увеличивают до отметки 900-950 градусов Цельсия.

Создание указанного температурного режима обеспечивает условия для проникновения диффузии в кристаллическую структуру металла активного углерода. Теоретически этот метод может применяться и для химико-термической обработки зданий, причем отдельные мастера способны справиться с этой задачей и своими силами. Однако в плане эффективности подобная обработка, проводимая в домашних условиях, отличается довольно невысокой эффективностью, причиной чего является долгая обработка и необходимость в создании высокого температурного режима.

Газовая цементация

Авторами теоретических материалов, в которых раскрывается суть подобной цементации, являются С. Ильинский, Н. Минкевич и В. Просвирин. При этом первый опыт практического воплощения имел место на Златоустовском комбинате, где всеми работами руководил П. Аносов.

Особенностью этого метода является использование среды углеродсодержащих газов, в качестве основного рабочего оборудования выступают герметичные нагревательные печи. Среди известных искусственных газов чаще всего используют состав, являющийся результатом разложения нефтепродуктов. Технология его изготовления предусматривает проведение нескольких этапов:

Необходимо взять стальную емкость, нагреть ее и заполнить керосином, далее же приступают к выполнению процесса пиролиза, подразумевающего разложение керосина на смеси газов;

Определенную часть пиролизного газа (примерно 60%) подвергают крекированию, суть которого сводится к изменению состава.

Смесь крекированного газа и чисто пиролизного выступает основой, при помощи которой выполняется химико-термическая обработка, обеспечивающая обогащение углеродом. Заниматься выработкой крекированного газа приходится по той причине, что в случае применения одного пиролизного состава глубина цементирования стали оказывается небольшой, при этом обрабатываемые детали покрываются большим количеством сажи, которую сложно убрать.

В качестве оборудования для выполнения газовой цементации используются конвейерные печи непрерывного действия или же стационарные агрегаты. Детали, которым необходимо придать более прочные характеристики, кладут в муфель печи, а после закрытия доводят температуру внутри до отметки 950 градусов. Далее начинают подавать туда подготовленный газ. Из плюсов этой процедуры, которая отличается на фоне обработки изделий при помощи твердого карбюризатора, необходимо выделить следующие:

  • создание более комфортных условий для персонала;
  • сокращение времени, необходимого на выполнение обработки, что достигается благодаря уменьшению срока выдерживания деталей и отсутствию необходимости в длительном приготовлении карбюризатора на основе угля.

Цементация в менее популярных карбюризаторах

В ситуации, когда приходится подвергать химико-термической обработке стали 20, 15, а также легированные стали с низким содержанием углерода, допускается использовать следующие карбюризаторы.

Раствор электролита

Суть подобного метода сводится к использованию анодного эффекта, за счет которого можно обогатить при помощи многокомпонентных электролитов углерода изделия, характеризующиеся небольшими размерами. Обработка этих деталей требует создания температурного режима в диапазоне 450-1050 градусов и напряжения 150-300 В. Обязательной операцией является введение в электролит сахарозы, ацетона, глицерина, а также отдельных веществ, имеющих в своем составе углерод.

Кипящий слой

По своей структуре он имеет вид восходящего потока метана и эндогаза, который «пронзает» мелкие частицы корунда, распределяемые на печной газораспределительной решетке.

Пасты

Применение подобного карбюризатора для обработки изделий подразумевает создание на поверхности стальной детали, нуждающейся в обогащении углеродом, слоя пасты, ее последующее просушивание и нагрев током высокой или промышленной частоты. Стоит заметить, что одной цементацией обработку детали не следует заканчивать. Рекомендуемой здесь операцией является термообработка стали в виде отпуска. Также положительный эффект достигается и посредством шлифования металла.

Заключение

Довольно часто определенным конструкциям требуется придать повышенные характеристики прочности, чтобы они смогли успешно выполнять задачу, которая перед ними ставится. Решается же это путем использования различных методов обработки, среди которых достаточно эффективным является цементация металла. При этом для получения необходимого результата нужно учитывать важные особенности этого процесса.

Помимо грамотного подбора рабочей среды, для цементации металла важно в точности следовать технологии проведения подобной обработки. Ведь малейшая ошибка способна негативно повлиять на химический состав изделия, что в дальнейшем может уменьшить срок службы конструкции, в составе которой оно будет применяться. По этой причине важно уделять внимание каждому моменту, не допуская отклонений от действующих норм и правил относительно проведения химико-термической обработки металлических деталей.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Цементация стали – Слесарное дело

 

Цементация (науглероживание) – это технология термообработки сталей. Она применяется для подготовки стали к другому виду термообработки, закалке. Цементация предназначена для тех марок стали, которые из-за низкого содержания в них углерода не поддаются или плохо поддаются закалке. Суть этой технологии состоит в том, что заготовка из такой стали насыщается углеродом (науглероживается) до такой степени, чтобы обеспечить возможность её закалки. Чаще всего науглероживанию подвергают только верхний слой металла, чтобы в нем образовалось больше мартенсита, чем в сердцевине, и сформировался твердый поверхностный слой. При этом сердцевина стальной заготовки чаще всего должна оставаться вязкой и мягкой.

Цементация проводится в различных средах при температурах от 850°C до 950°C. По типу среды различаются следующие методы:

1) цементация в твердом карбюризаторе, при которой применяются неорганические (кокс) и органические вещества (древесина, кости животных и т.п.) с добавлением активаторов. Насыщение углеродом происходит в результате химической реакции окисления углерода. Активаторы способствуют протеканию этой реакции.

2) газовая цементация, при которой используются специально обогащенные газы (природный газ, магистральный газ и др.) или инертный газ (азот). При этом к газу, применяемому для цементации, добавляются небольшие количества алифатических предельных углеводородов, алканов, чаще всего пропана.

Аналогичный метод все чаще внедряется в термических производствах. В этом случае в горячие ретортные печи вводятся смеси высокомолекулярных органических соединений (скипидара, этилового спирта и др.), которые затем разлагаются под действием никелевых катализаторов.

3) жидкостная цементация двух типов: в цианидных и в бесцианидных ваннах.

Однако, поскольку в соляной ванне помимо прочего также содержится азот, может происходить его поглощение сталью. А это может неблагоприятно сказаться на последующей обработке заготовки резанием.

Кроме того, цианидные ванны опасны для окружающей среды и человека. Поэтому при использовании жидкостной цементации в цианидных ваннах необходимо соблюдать предписанные меры безопасности. В этой связи более целесообразным является применение бесцианидных ванн. В наши дни жидкостная цементация, даже в бесцианидных ваннах, почти не применяется в связи с высоким уровнем загрязнения окружающей среды.

Преимущества и недостатки различных методов цементации:

1) Цементация в твердом карбюризаторе особенно целесообразна для достижения большой глубины науглероживания, а также при штучном производстве изделий из стали. Недостатком этого метода являются высокая трудоемкость и плохая варьируемость условий науглероживания.

2) В серийном или массовом производстве целесообразно применять газовую цементацию, так как этот метод позволяет достаточно широко варьировать условия науглероживания. Единственным недостатком является высокая себестоимость.

3) Жидкостную цементацию применяют для получения небольшой глубины науглероживания, так как уже при незначительной продолжительности погружения заготовки в ванну происходит достаточно большое насыщение углеродом её поверхностного слоя. Поэтому слишком большая продолжительность погружения ведет к коррозии заготовки.

 

< Предыдущая   Следующая >

Что такое газовая цементация стали?

Цементация – это технология насыщения поверхности стального изделия углеродом. Цементация применяется в случаях, когда по условиям эксплуатации деталей и механизмов необходимо чтобы изделие имело очень твердую поверхность и «вязкую» сердцевину.

СодержаниеСвернуть

Технология цементации стали

Существует несколько видов цементации стали, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки:

  • Цементация в твердой среде;
  • Цементация в газовой среде;
  • Цементация в кипящем слое эндогаза с добавкой метана;
  • Цементация в растворе электролита.

Основными видами цементации являются процессы, идущие в твердом и газовом карбюризаторе. Как уже было сказано, цель данной операции – «насытить» поверхностный слой изделия из стали углеродом до содержания 0,75-1,25%. Далее изделие подвергается термообработке: закалке и отпуску.

Обработанная таким образом деталь обладает высокой износостойкостью поверхностного слоя и способностью воспринимать знакопеременные нагрузки.  Цементации подвергают следующие детали машин и механизмов: коленчатые валы, оси, цапфы подшипников, плунжеры, толкатели и другие детали, работающие в тяжелых условиях знакопеременных и истирающих нагрузок.

Процесс насыщения поверхностного слоя углеродом идет со скоростью примерно 0,1 миллиметр за час выдержки в среде с высоким содержанием свободного углерода. Учитывая, что для большинства изделий необходимо получить упрочненный слой не менее 0,7 мм, цементацию стали можно охарактеризовать как «длительный процесс».

Цементации подвергаются изделия, изготовленные из легированных сталей с содержанием собственного углерода от 0,15 до 0,25%, способные к упрочнению поверхностного слоя и сохранению «вязкости» сердцевины после закалки.

Газовая цементация стали

Технология газовой цементации стали разработана и реализована русским П.П. Аносовым в 1837 году на Златоустовском металлургическом заводе. В этом случае процесс насыщения углеродом происходит в герметичных муфельных печах при температуре 930-1050 градусов Цельсия, в среде газов содержащих свободный углерод. Это такие газообразные среды как: метан, светильного газ или газ, образующийся в процессе пиролиза керосина, бензола или машинного масла.

Особенности технологии газовой цементации

Газовая цементация, является преимущественной технологией в крупносерийном и массовом производстве. С помощью газовой цементации можно достигнуть значительной глубины насыщения углеродом (от 0,5 до 2 миллиметров).

Различают стандартную цементацию (процесс идет при температуре 950 градусов Цельсия) и ускоренную цементацию – при температуре 1000-1050 градусов Цельсия. Увеличением температуры процесса можно достичь двукратного уменьшения времени насыщения углеродом (со стандартных 15 часов до «ускоренных» 8 часов).

Преимущества цементации в газовом карбюризаторе

  • Значительное увеличение производительности за счет отсутствия промежуточной операции упаковки деталей в ящики и отсутствия необходимости прогрева ящиков;
  • Значительное сокращение трудозатрат и производственных площадей;
  • Имеется возможность регулирования хода процесса и получения насыщенного слоя необходимой глубины и «процентности» углерода;
  • Отсутствие деформации насыщаемых изделий;
  • Возможность проведения термообработки изделий сразу после окончания цементации;
  • Возможность частичной механизации и автоматизации процесса.

Недостатки цементации в газовом карбюризаторе

  • Применяется более сложное и соответственно более дорогостоящее оборудование;
  • Необходимость в высококвалифицированном (более дорогом) обслуживающем персонале;
  • Сложность эксплуатации цементационных печей;
  • Повышенные требования Техники Безопасности.

особенности технологии и марки стали для цементации

Содержание статьи:

Цементация или науглероживание – химико-термический процесс обработки изделий из стальных сплавов, цель которой заключается в насыщении поверхности заготовки углеродными соединениями в карбюризаторе при воздействии высокой температуры. Чтобы достичь необходимых эксплуатационных свойств обрабатываемых изделий после цементации осуществляется закаливание с низким отпуском. Ключевое назначение данного типа ХТО – обеспечение твердости и прочности поверхности продукции.

Марки стали под цементацию

Данная разновидность ХТО применяется для:

  • низкоуглеродистых сталей, содержащих C в пределах от 0,1% до 0,18%;
  • низкоуглеродистых легированных сплавов;
  • среднеуглеродистых стальных изделий, содержащих C в диапазоне от 0,2% до 0,3%, если предполагается изготовление крупных деталей (после обработки сохраняются показатели вязкости сердцевины, но поверхность изделия становится более твердой).

Особенности технологии цементации

ХТО детали применяется после механической подготовки изделия. Нередко возникает необходимость упрочнения лишь определенной части заготовки, а не всей ее поверхности. В данном случае участки, не требующие повышения показателей прочности, обрабатываются слоем меди минимальной толщины электролитическим методом или же покрываются специально предусмотренными веществами – обмазками. В качестве обмазывающих средств может использоваться асбест, песок, жидкое стекло или глина с огнеупорными свойствами. Выделяют несколько технологий цементации стальных изделий.  

С применением твердого карбюризатора

В данном случае в качестве источника атомарного углерода применяется древесный уголь и активизирующие вещества, к примеру, углекислый барий и кальцинированная сода. Подготовленные изделия укладываются в литые чугунные или сварные стальные емкости. Внутрь ящика круглой или прямоугольной формы помещается древесный уголь слоем в 2-3 см, после чего укладывается первый ряд заготовок с предусмотренным отступом между деталями и стенками резервуара. Количество слоев определяется стандартами технологии. Толщина слоя карбюризатора между рядами заготовок составляет 1-1,5 см. Толщина верхнего слоя карбюризатора варьируется в пределах от 3,5 см до 4,0 см. Емкость закрывается крышкой, зазоры герметизируются огнеупорной глиной или глиняно-песчаной смесью.

Цементация происходит при температуре 910-930°C. Время нахождения заготовок в печи рассчитывают по такому принципу: 7-9 минут на каждый сантиметр самого малого параметра емкости. Качественность прогрева определяется состоянием подины печи (если на поверхности отсутствуют темные пятна в местах соприкосновения с резервуаром, значит нагрев можно прекратить). После нагревания емкость остужают до 400-500°C, после чего ее открывают.

Газовая технология цементации

Данный процесс считается более производительным, в сравнении с описанным выше, благодаря чему технология пользуется популярностью в промышленной сфере при массовом производстве.

Достоинства газовой химико-термической обработки:

  • возможность контролирования содержания углеродных соединений в поверхностном слое;
  • сокращение длительности ХТО, обусловленная отсутствием необходимости прогрева резервуара;
  • полная автоматизация процесса;
  • существенное упрощение заключительного процесса термической обработки, так как закалка осуществляется прямо из цементационной печи.

Достичь оптимальных показателей твердости и износостойкости можно при помощи цементации в среде, состоящей из метана, пропан-бутановых смесей, а также различных углеродов. Процесс осуществляется при температуре в пределах 910-930°C в печах шахтного типа. Процесс обработки, как правило, занимает от 6 до 12 часов.

Науглероживание также может осуществляться в электролитных растворах, кипящих слоях или же пастообразных смесях.

Науглероженная сталь – обзор

6.1 Термическая обработка

Исследование, проведенное Errichello et al. [129] выявили влияние термической обработки на поведение подшипника с точки зрения предотвращения WEC. В частности, исследование было сосредоточено на двух разных процессах поверхностного упрочнения: закалке и науглероживании.

Сквозная закалка состоит из аустенизации стали с последующим достаточно быстрым охлаждением для получения мартенситной микроструктуры. При этом упрочнение стали зависит от двух факторов: способности к закалке, которая определяется положением кривой ТТТ стали, при увеличении содержания углерода, легирующих элементов и размера зерна кривые ТТТ сдвигаются в более высокие времена. и способность к закалке увеличивается.Вторым фактором является скорость охлаждения, которая зависит от источника охлаждения и размера образца.

Науглероживание — это совсем другая термическая обработка, которая влечет за собой химическую модификацию поверхности стали. При этой обработке поверхностное упрочнение низкоуглеродистой стали (0,15–0,25 % С) достигается добавлением углерода до достижения удельного поверхностного содержания 0,8–1 %. Углерод должен внедряться в образец в аустенитном состоянии, так как только эта аллотропная фаза стали допускает высокое содержание углерода в растворе.

Основными различиями между двумя типами термической обработки в отношении предотвращения образования WEC являются различные значения остаточных напряжений и количества остаточного аустенита, которые появляются в стали. Известно, что определенное количество остаточного аустенита в сталях придает матрице более мягкий характер, так что предполагается лучшая усталостная характеристика. Что касается остаточных напряжений, следует отметить, что остаточные сжимающие напряжения будут благоприятствовать предотвращению роста трещин, поскольку эти напряжения имеют тенденцию закрывать трещины, в то время как растягивающие напряжения будут способствовать росту трещин.

В вышеупомянутом исследовании [129] изучались два подшипника, один со сквозной закалкой, а другой с науглероживанием. Эти подшипники эксплуатировались в течение 6 лет в промежуточном валу редуктора ветряной турбины. Были сопоставлены соответствующие сроки службы подшипников, и результаты показали, что срок службы образцов, подвергнутых сквозной закалке, составил 16 % от ожидаемого срока службы, в то время как науглероженный образец пока показал только один отказ. В обоих случаях остаточные напряжения были измерены с помощью рентгеновской дифракции (XRD), и было обнаружено, что в подшипниках со сквозной закалкой остаточные напряжения были растягивающими (80 МПа) для глубины 0.05 мм, а в случае науглероженных подшипников имелись остаточные сжимающие напряжения (400 МПа) до глубины 0,8 мм [129]. Эти результаты подтверждаются исследованием, проведенным Gould et al. [72], в которой были испытаны два образца (сквозная закалка из стали AISI 52,100 и науглероженная сталь AISI 3310). Точно так же остаточные напряжения, измеренные в образцах сквозной закалки на поверхности, быстро превратились в напряжения растяжения, в то время как в образцах науглероживания напряжения сжатия сохранялись до значительной глубины, как показано на рис.13 шоу. В обоих исследованиях остаточный аустенит был измерен с помощью XRD, и был сделан вывод о том, что в закаленном образце остаточного аустенита меньше, чем в науглероженной стали.

Рис. 13. Графики из исследования, проведенного B. Gould et al. [72]. Твердость (a), остаточное напряжение (b) и процент остаточного аустенита в зависимости от глубины под поверхностью представлены для двух разных образцов (AISI 52 100 путем закалки и AISI 3310 науглероживания).

Согласно [72], подшипники имеют сходную геометрию, но отличаются химическим составом, остаточным напряжением и процентным содержанием остаточного аустенита.Таким образом, результаты показали: (1) что остаточные сжимающие напряжения препятствуют росту трещины, (2) определенный процент остаточного аустенита благоприятен для процессов усталости из-за его гораздо более мягкого характера, чем мартенсит, и (3) химический состав с низким содержанием углерода и высокое содержание никеля в сердцевине материала обеспечивает ударную вязкость.

Эррикелло и др. [129] провели другой анализ, подобный вышеупомянутому, но в этом случае образцы представляли собой два науглероженных подшипника с одинаковой геометрией и химическим составом.Единственными различиями между обоими подшипниками были остаточные напряжения и количество остаточного аустенита. И снова образец с самым высоким уровнем остаточного аустенита (20–25%) на глубине 1 мм и самыми высокими остаточными напряжениями был образцом с лучшими характеристиками против разрушения WEC.

Результаты, полученные B. Gould et al. [72] показали, как использование науглероживания увеличило срок службы образцов более чем в два раза по сравнению с соответствующим сроком службы при полном упрочнении, как показано на рис.14. Были проведены дополнительные более короткие тесты для изучения инициирования и образования ВЭК, и результаты показали, что при 30 × 10 6 циклов ВЭК уже образовались. Если бы образцы продержались до средних значений ранее измеренного срока службы, процесс, который контролируется науглероживанием, будет распространением, безусловно, из-за того, что напряжения сжатия действуют как препятствие для их роста.

Рис. 14. Разница между числом циклов до появления повреждения ВЭК для науглероженных и сквозных образцов (рисунок по [72]).

Что касается исследования, проведенного Б. Гулдом [72], во всех испытаниях использовались одни и те же условия, использовалось одно и то же масло, которое хорошо известно как драйвер WEC и содержит самые вредные присадки согласно последним научным данным. изделия, такие как сульфонат кальция и ZDDP.

Что касается результатов исследований [72,129], то стоит уточнить некоторые понятия, связанные с ориентацией сети трещин. Во-первых, представляет интерес объяснение некоторых терминов, используемых в обоих исследованиях для обозначения распространения трещин; осевые трещины представляют собой поверхностные трещины, образованные на дорожках качения в осевом направлении, то есть в направлении вала. Вертикальные/радиальные трещины — это подповерхностные трещины, которые распространяются вертикально к дорожке качения. Оба исследования согласны с тем, что на цементированных образцах наблюдалось меньше осевых трещин. Не будучи полностью явными, исследования установили взаимосвязь между осевым растрескиванием и распространением вертикальной/радиальной трещины . Однако, как было подробно описано в предыдущих исследованиях [43], ВЭК растет в трех измерениях, а ориентация ВЭК существенно различается в зависимости от направления сечения [43].Кольцо подшипника может быть разделено через осевое или окружное сечение. Осевой разрез в сквозной закаленной стали выявил WEC, параллельные дорожке качения, при анализе того же WEC в окружном сечении WEC имеют тенденцию казаться вертикальными по отношению к дорожке качения [9,43]. Поэтому представляется необходимым подчеркнуть, что в вышеупомянутых работах [72, 129] упоминается только кольцевое сечение. Подводя итог, при обсуждении распространения ориентации WEC очень важно использовать строгий и точный словарь, чтобы избежать недоразумений.

В исследованиях [72,129] было замечено, что при кольцевом разрезе в сквозно закаленных образцах трещины росли вертикально к поверхности контакта. Этот вид растрескивания был приписан окружным напряжениям, вызванным установкой подшипника, или остаточным растягивающим напряжениям из-за термической обработки. Имея в виду, что при креплении образцов не возникают окружные напряжения, можно утверждать, что расположение трещин обусловлено растягивающими напряжениями, вызванными сквозной закалкой.Кроме того, было замечено, что ширина ВЭУ, выявленных в науглероженных образцах, была больше, чем ширина ВЭУ, появившихся в закаленных образцах. Это можно рассматривать как показатель количества энергии, высвободившейся в локализованной зоне. Возможно, из-за того, что науглероженные образцы выдерживают большее число циклов, энергия трения между берегами трещины была больше, поэтому развивались более крупные области пластической деформации.

В противовес этим утверждениям, собранным Эррикелло [129] и Б.Гулд [72], Т. Бласс [130] утверждали в своем исследовании, что науглероживание сталей на самом деле не улучшает их поведение в отношении WEC, а науглероживание лишь предотвращает образование осевых трещин. Такое поведение объяснялось наличием в ядре материала более пластичных особенностей и наличием остаточных сжимающих напряжений. Кроме того, в этом исследовании обсуждалась другая интересная концепция. Выяснено, что бейнитная структура материала показала существенную разницу в усталостной долговечности по сравнению с мартенситной структурой.Это связано с тем, что бейнитное превращение приводит к более термодинамически стабильной структуре, а бейнитные образцы обычно проявляют сжимающие остаточные напряжения и, как уже упоминалось выше, эти сжимающие напряжения уменьшают влияние новых растягивающих напряжений [130].

Улучшенные характеристики стали при вакуумной цементации зубчатых колес

Многие ссылки охватывают историю и развитие науглероживания при низком давлении, в просторечии известного как вакуумное науглероживание, поэтому мы начнем обсуждение с мотивов производителей зубчатых колес, выбравших этот процесс [1, 2].Обычно упоминаемые преимущества вакуумного науглероживания включают устранение межкристаллитного окисления (IGO) для увеличения усталостной долговечности, минимизацию/увеличение постоянства отклика на деформацию, устранение закалки в масле, энергоэффективные печи, лучшую гибкость закалки газом и сокращение времени науглероживания благодаря возможности высокотемпературной печи. Из этого длинного списка потенциальных преимуществ мы обсудим три ключевые области: высокотемпературное науглероживание, усталостные характеристики (устранение IGO) и реакцию на закалку газом под высоким давлением (HPGQ).Понимание того, как оптимизировать каждое из этих условий во время вакуумной цементации, может повлиять на правильный дизайн сплава и методологию термообработки.

Сопротивление укрупнению зерна

Вакуумные печи науглероживания способны работать при более высоких температурах науглероживания, чем традиционные газовые печи науглероживания. Существует экспоненциальная зависимость между температурой науглероживания и глубиной слоя, показанная на рисунке 1, что позволяет сократить время цикла. На рис. 1 показано, что при эквивалентной глубине цементации можно добиться сокращения времени науглероживания на 43 или 55 процентов за счет повышения температуры науглероживания на 50°C или 70°C соответственно.Однако большинство сталей и схем обработки не способны поддерживать мелкий размер зерна при повышенных температурах науглероживания.

Рисунок 1: График, показывающий время науглероживания (часы) в зависимости от глубины слоя (мм) для трех различных температур науглероживания. Стрелки указывают на то, что при эквивалентной глубине цементации можно значительно сократить время науглероживания, увеличив температуру науглероживания.

Мелкий размер зерна необходим для обеспечения оптимальной работы детали после науглероживания.Состав стали и предварительная обработка могут быть использованы для повышения температуры, при которой начинается укрупнение аустенитного зерна. Чем выше эта температура, тем выше температура науглероживания, которую можно использовать, таким образом, получая повышенную выгоду от сокращения времени цикла науглероживания. На рис. 2 показаны модификации состава и обработки традиционной стали 5120, которые могут повысить температуру укрупнения зерна с 980°C до более чем 1050°C.

Рисунок 2: График, иллюстрирующий взаимосвязь между составом стали и параметрами процесса с максимальной температурой мелкозернистого науглероживания для ряда модифицированных сталей 5120.

Повышение усталости

Испытание на усталость является основным измерением производительности для науглероженных применений. Достижение характеристик корпуса и сердечника имеет первостепенное значение для развития необходимых усталостных свойств детали.

Вакуумная цементация приводит к устранению межкристаллитного окисления и других связанных с ним приповерхностных эффектов, преобладающих при газовой цементации. Четырехточечное испытание на усталость при изгибе использовалось для имитации усталости при изгибе корня зубчатого колеса с использованием испытательного образца с надрезом [3, 4].Эти результаты усталостной прочности можно использовать для сравнения различных марок и условий процесса. На рис. 3 показано улучшение усталостной долговечности при удалении или предотвращении IGO.

Рис. 3: График усталостного биения при четырехточечном изгибе с максимальным напряжением, достигнутый для различных марок стали и условий обработки. Результаты показывают увеличение предела выносливости на 250-300 МПа при удалении или предотвращении IGO [3,4].

Средняя пара условий показывает увеличение напряжения биения на 283 МПа для одинаково термообработанного сплава 8620 до и после механического удаления IGO, полученного при традиционной газовой цементации.Левая и правая пары сторон показывают сравнение напряжения биения в условиях газовой и вакуумной цементации для 5120 и 8620 соответственно. Эти две пары демонстрируют одинаковое увеличение напряжения биения (239 МПа для 5120, 311 МПа для 8620), что в первую очередь связано с предотвращением образования IGO во время вакуумной цементации.

Надежный ответ HPGQ

Некоторые из первых, кто внедрил вакуумную цементацию и HPGQ, вскоре обнаружили, что марки, традиционно используемые в их процессе газовой цементации, не обладают достаточной прокаливаемостью, чтобы соответствовать свойствам при менее жесткой газовой закалке.По этой причине многие существующие и предлагаемые новые марки стали были проанализированы на предмет их способности давать надежные результаты твердости сердцевины в процессе HPGQ. Спланированный эксперимент, в котором варьировался состав (5120Mod и три экспериментальных сорта), размер образца (цилиндры диаметром 0,75 дюйма, 1,5 дюйма), давление HPGQ (азот 10, 15 бар) и расположение с загрузкой печи (верхняя, средняя, внизу) показал возможность связать стандартные данные Джомини с ожидаемой твердостью сердцевины с учетом скорости охлаждения, производимой на сердцевине зубчатого колеса [5].На рис. 4 показаны результаты этого исследования, где скорость охлаждения (рассчитанная на основе измеренных температурных данных от встроенных термопар) в зависимости от твердости непосредственно рядом со встроенной термопарой.

Рисунок 4: График зависимости скорости охлаждения (°C/с) от твердости (HRC) для различных условий HPGQ. Точки на графике — это измеренная твердость вблизи встроенных термопар, а сплошные линии — это данные кривой Джомини, построенные в зависимости от скорости охлаждения для каждого J-положения [5].

Точки на графике представляют собой измеренные данные, а сплошные линии представляют собой связанные данные Джомини для каждой марки, построенные в зависимости от скорости охлаждения, а не положения Джомини.Наблюдается достаточно хорошее совпадение между экспериментально измеренными данными и стандартными результатами Джомини. Наклон наборов данных можно интерпретировать как измерение устойчивости по отношению к известной вариации условий обработки HPGQ. Более устойчивая реакция на закалку (более низкий наклон) позволила бы диапазону скоростей охлаждения постоянно удовлетворять требованиям основных свойств.

Выводы

Вакуумная цементация — это технология, которая получает широкое признание в промышленности Европы и Северной Америки.Благодаря выбору, разработке и испытаниям марки стали можно значительно повысить ценность применения вакуумной цементации. Доступные сегодня стали обеспечивают постоянную прокаливаемость для каждого применения, надежную реакцию материала на различные скорости закалки, стойкость к высокотемпературному укрупнению зерна и экономичную конструкцию из обедненного сплава. Все эти аспекты могут помочь специалистам по термообработке зубчатых колес добиться множества возможностей снижения затрат и повышения производительности, доступных благодаря технологии вакуумной науглероживающей термообработки.

Ссылки

  1. Д. Херринг, «Технология вакуумной цементации зубчатых колес силовых агрегатов», презентация, сделанная в Порт-Гуроне, штат Мичиган, США, 27 июля 2006 г., что при эквивалентной глубине цементации можно значительно сократить время цементации за счет увеличения температура науглероживания.
  2. Б. Эденхофер, «Обзор достижений в области атмосферной и вакуумной термообработки», Термическая обработка. Мет., Vol. 1, 1999, стр. 1-5.
  3. З.Э. Даулинг-младший, У.Т. Донлон, У.Б. Коппл, Р.А. Черненков, С.В. Дарраг, Усталостное поведение науглероженных зубчатых сталей при изгибе: разработка и оценка испытаний на четырехточечный изгиб, SAE International, Уоррендейл, Пенсильвания, Серия технических документов SAE № 960977, Международный конгресс и выставка SAE, Детройт, Мичиган, 26–29 февраля 1996 г.
  4. ИП Андерсон, М.Е. Бернетт, «Высокоэффективная вакуумная науглероживание стали», презентация на конференции по материаловедению и технологиям 2011, Колумбус, Огайо, США, 16-20 октября 2011 г.
  5. ИП Андерсон, М.Э. Бернетт, «Последние усилия по разработке стали для вакуумной цементации», презентация на симпозиуме ALD по вакуумной цементации, Дирборн, Мичиган, 6-7 мая 2014 г.

Науглероживание | Журнал термической обработки

В то время как некоторые термообработки используются для смягчения материала или улучшения его обрабатываемости, большинство из них обрабатываются для получения упрочненных или закаленных свойств. Большинство термических обработок применяются к металлическим материалам, и, как правило, методы включают отжиг, нормализацию, закалку, отпуск, дисперсионное упрочнение, поверхностную закалку и поверхностную закалку.Термическая обработка настолько важна, что мы можем с уверенностью сказать, что деталь, подвергающаяся обширным производственным процессам, таким как плавление, прокатка, ковка и другие сопутствующие виды механической обработки, практически не имеет ценности без необходимой и соответствующей термической обработки.

Науглероживание является одним из наиболее широко используемых способов поверхностного упрочнения. Согласно AGMA 923 науглероживание определяется как процесс термической обработки, при котором аустенитизированная сталь контактирует с углеродсодержащей атмосферой с достаточным углеродным потенциалом, чтобы вызвать адсорбцию углеродсодержащих газов на поверхности, где они диссоциируют, и путем диффузии создать градиент концентрации углерода [1].

Науглероживание обычно сопровождается закалкой и отпуском. После закалки внешняя поверхность становится более твердой за счет мартенситного превращения из-за более высокого содержания углерода, в то время как сердцевина остается относительно мягкой и прочной. Отпуск проводят для повышения прочности и пластичности закаленной детали. В результате науглероживания и закалки плюс отпуск детали повышается твердость поверхности, износостойкость, усталостная прочность и прочность на растяжение, а также желаемое остаточное напряжение сжатия на поверхности.Следовательно, деталь также испытывает рост зерен и деформацию.

Науглероженные детали настолько популярны, что используются почти во всех отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, транспортную, силовую, производство и обработку материалов. В автомобильной промышленности мировой выпуск зубчатых колес в 2014 г. оценивался примерно в 1 миллиард, и большинство из них науглероженные [2].

Согласно определению науглероживающий материал обычно представляет собой низкоуглеродистую сталь, как правило, с содержанием углерода ≤ 0.25 мас.%. В прошлом использовались простые углеродистые стали, такие как SAE 1020; однако в связи с необходимостью выдерживать более тяжелые нагрузки было разработано и науглерожено больше легированных сталей, таких как SAE 4320, 8620 и 9310, а также 17CrNiMo6/18CrNiMo7-6, 16MnCr5 и 20MnCr5. Температура науглероживания обычно находится в диапазоне от 900°С до 950°С. Твердость поверхности находится в диапазоне от 55 HRC до 64 HRC. Глубина корпуса может быть от 0,4 мм до 9 мм. Очень толстый корпус может выдерживать большой крутящий момент и нагрузку, что полезно в конкретных приложениях, таких как морские передачи и шестерни сахарных заводов.

Исторически существует три типа методов науглероживания в зависимости от источника углерода: твердое науглероживание, жидкостное науглероживание и газовое науглероживание. Соответственно используются древесный уголь, расплавленная соль и углеродсодержащие газы, такие как природный газ и пропан. Среди них газовая науглероживание является наиболее распространенным типом и обеспечивает точный и однородный контроль глубины гильзы с экономичными и рентабельными преимуществами. Сегодня большинство процессов науглероживания в мире выполняется с помощью газового науглероживания.Это включает как атмосферное, так и низкое давление (вакуум) науглероживание. Хотя вакуумная цементация становится все более популярной, цементация в атмосфере по-прежнему является наиболее распространенной процедурой газовой цементации. (На рис. 1 показан пример науглероживания атмосферным газом.)

Рис. 1: Науглероживание в атмосфере

Хотя науглероживание в атмосфере состоит из нескольких этапов процесса [3], его можно упростить, включив в него два основных процесса: образование углерода в печи и диффузию углерода в заготовку.Первый обеспечивает атомы углерода, а второй определяет градиент концентрации углерода.

Следует отметить, что газовая цементация представляет собой сложную процедуру, при которой в атмосфере цементации одновременно протекает множество химических реакций. Наиболее часто используемым газом-источником углерода является природный газ (метан, CH 4 ), в то время как эндотермический газ является предпочтительным и наиболее широко используемым газом-носителем, который обычно получают путем смешивания воздуха и природного газа в фиксированной пропорции, обычно 2.Соотношение 5-5 к 1. Реакции происходят внутри газовой смеси при ее прохождении через камеру с катализатором, например NiAl. В результате эндотермический газ состоит из азота (N 2 ), монооксида углерода (CO), диоксида углерода (CO 2 ), водорода (H 2 ), воды (H 2 O) и метан (CH 4 ) и поступает в печь вместе с исходным углеродным газом. Среди них CO и CH 4 являются науглероживающими агентами, тогда как CO 2 и H 2 O являются обезуглероживающими агентами.Подсчитано, что внутри науглероживающей атмосферы происходит более ста реакций. Однако следующие три реакции являются наиболее важными и определяют скорость переноса углерода из атмосферы науглероживания на поверхность стали [4]: ​​

2CO ↔ C (γ-Fe) + CO2     Реакция 1

CH 4 ↔ C (γ-Fe) + 2H 2      Реакция 2

CO + H 2 ↔ C (γ-Fe) + H 2 O     Реакция 3

Реакция 3 протекает примерно на два порядка быстрее двух других, поэтому она определяет скорость адсорбции углерода в ходе процесса [5].

Уравновешивающая реакция газовой науглероживающей атмосферы называется реакцией водяного газа и может быть выражена следующим образом:

CO + H 2 O ↔ CO 2 + H 2      Реакция 4

Как правило, эти четыре основные реакции определяют углеродный потенциал, обеспечивающий атомы углерода для науглероживания. После обнаружения углеродного потенциала система управления печью регулирует соотношение газов для достижения цели. Как только атомы генерируются и адсорбируются на поверхности, они диффундируют в заготовку.Скорость диффузии зависит от температуры, углеродного потенциала в атмосфере и химического состава стали. Этот этап занимает большую часть времени в цикле науглероживания. Например, если мы хотим получить очень толстый корпус, например, 0,35″ (9 мм), деталь из стали SAE 9310 должна находиться в печи науглероживания более 10 дней при температуре науглероживания 940°C. Чтобы получить желаемую однородную глубину науглероживания, необходимо держать все параметры науглероживания (температуру, углеродный потенциал и время цикла) под контролем.В дополнение к поверхностной твердости и глубине слоя другие характеристики, такие как содержание углерода на поверхности, твердость сердцевины и микроструктура (остаточный аустенит, распределение карбида и т. д.), также должны соответствовать соответствующим требованиям.

Рисунок 2: Схематический цикл науглероживания. Перед закалкой температуру снижают, чтобы уменьшить термическое напряжение и деформацию при закалке. Низкий углеродный потенциал установлен для настройки профиля углерода/жесткости. Обработка при отрицательных температурах и окончательный отпуск применяются к некоторым конкретным сталям.

После науглероживания деталь подвергается закалке в соответствующей закалке (вода, масло или раствор полимера) с последующим отпуском, обычно около 180°C. Имейте в виду, что не весь аустенит превращается в мартенсит после закалки. Если остаточный аустенит находится в пределах 30 процентов от фаз продукта, науглероженная и закаленная деталь может затем перейти к следующей производственной обработке. В противном случае необходима минусовая обработка, при которой остаточный аустенит превращается в мартенсит, так что его доля не превышает 30%.SAE 9310 является хорошим примером такой обработки. После этого деталь нужно снова закалить. На рис. 2 показан цикл науглероживания.

Ссылки

  1. AGMA 923-B05, Металлургические спецификации для стальных зубчатых передач, Американская ассоциация производителей зубчатых колес, 500 Montgomery Street, Suite 350, Alexandria, Virginia 22314. p. 11.
  2. Мацей Корецки, Эмилия Воловец-Корецка, Дуг Гленн, Цементирование зубчатых колес в больших объемах и с малым искажением, осеннее техническое совещание AGMA, 18-20 октября 2015 г., Детройт, Мичиган.
  3. Эмерик Гольдштейнас и Рене Алкисер, Производство качественных деталей в атмосферной печи: как оптимизировать процессы закалки и науглероживания, Термическая обработка для зубчатых передач, 15 апреля 2015 г., стр. 30.
  4. Р. Коллин, С. Гуннарсон и Д. Тулин, Математическая модель для прогнозирования профилей концентрации углерода в газонауглероженной стали, Журнал Института железа и стали, 210 (10), 1972, с. 785.
  5. Ольга Карабельщикова, Основы массопереноса при газовой цементации, канд.D. диссертация Вустерского политехнического института, ноябрь 2007 г., с. 7.

Покрытия | Бесплатный полнотекстовый | Моделирование и симуляция процесса вакуумной науглероживания под низким давлением зубчатой ​​стали

1. Введение

Шестерня является ключевым компонентом системы механической трансмиссии. С повышением требований к параметрам трансмиссии повышается твердость поверхности и износостойкость зубьев шестерен. Поверхностное упрочнение должно выполняться для удовлетворения требований к характеристикам зубчатых колес, которые являются прочными в сердцевине и твердыми на поверхности [1].Вакуумная науглероживание является важным процессом термической обработки для упрочнения поверхности зубчатого колеса, который придает поверхности зубчатого колеса определенную концентрацию углерода и улучшает поверхностную твердость заготовки после закалки. Конечной целью является повышение несущей способности и срока службы зубчатых передач [2,3,4,5]. В последние годы широкое внимание уделяется вакуумной цементации как экологически безопасному процессу термообработки. Благодаря науглероживанию в вакууме не происходит окисления на границе зерен, что улучшает микроструктуру и свойства.Технология вакуумной цементации под низким давлением имеет хорошее качество поверхности, хорошую однородность слоя цементации, малую деформацию, загрязнение окружающей среды и другие характеристики [6]. Вакуумная науглероживание при низком давлении позволяет вводить небольшое количество науглероживающего газа при температуре в диапазоне 900–1050 °C. Из-за высокой температуры перенос углерода более эффективен в случае обычного метода науглероживания, что приводит к более короткому времени науглероживания [7]. Вакуумная цементация с хорошими перспективами развития является действительно экологически чистой и экологичной технологией термообработки.В настоящее время технология вакуумной цементации заменяет традиционную технологию газовой цементации и находит все более широкое применение, особенно в автомобильной промышленности. Вакуумная цементация низкого давления является передовой технологией современного развития термообработки [8,9]. Вакуумная цементация низкого давления представляет собой неравновесный процесс цементации, который можно разделить на период наддува и период диффузии [10]. Первый должен поддерживать атмосферу углеводородного газа науглероживающей среды для проникновения углерода в сталь, а второй – обеспечивать диффузию углерода в сталь в вакууме.Использование ацетилена в качестве источника углерода для науглероживания устраняет проблемы саже- и смолообразования, характерные для других углеводородных сред, обеспечивает высокое качество и чистоту поверхности, быстрое насыщение поверхностных слоев углеродом, снижение расхода газа и сокращение длительность процесса [11]. Окончательное распределение углерода зависит от скорости диффузии и технологических параметров углерода в стали, в частности от времени науглероживания, температуры, давления газа и скорости потока.Поэтому трудно точно контролировать концентрацию углерода в экспериментах [12,13]. В настоящее время метод оптимизации вакуумного науглероживания в основном основан на трудоемких и трудно контролируемых экспериментах. Традиционные методы обычно включают методы проб и ошибок и эмпирический анализ, которые являются дорогостоящими и редко приводят к оптимальным решениям. Следовательно, необходимы эффективные инструменты моделирования для точного моделирования процесса вакуумного науглероживания и прогнозирования характеристик науглероживания.Моделирование различных процессов вакуумного науглероживания повысит эффективность эксперимента и снизит затраты на оптимизацию эксперимента по вакуумному науглероживанию. Численное моделирование вакуумного науглероживания имеет много преимуществ в управлении и улучшении процесса науглероживания. Многие ученые провели обширные исследования по моделированию вакуумной цементации. Они создали различные модели вакуумной цементации для имитации процесса вакуумной цементации. Ким и др. установил модель конечных элементов для вакуумной цементации, учитывающую как теплопередачу, так и диффузию углерода.Изменение температуры зубчатого колеса во времени в процессе вакуумной цементации было получено с помощью анализа теплопередачи, и была рассчитана концентрация углерода. Микроструктура мартенсита в различных частях зубчатого венца хорошо объясняется расчетной концентрацией углерода [14]. Вэй, Ю. и соавт. установлены модели газовой и вакуумной цементации. Науглероживающие свойства стали после газовой и вакуумной термообработки науглероживанием прогнозировались с помощью инструмента моделирования CarbTool©.Расчетные значения хорошо согласуются с экспериментальными результатами. Предлагаемая эффективная модель науглероживания не только предсказывает распределение углерода, но и оптимизирует процесс между временем цикла и общей стоимостью [15]. Кула и др. исследовали продолжительность процесса науглероживания и эффективность переноса углерода в двухстадийных и многостадийных процессах науглероживания. Оптимизировано количество и продолжительность стадий «форсирования»/«диффузии» процесса вакуумного науглероживания стали 18ХН8.Результаты показывают, что общее время процесса и эффективность науглероживания зависят от значения минимальной мгновенной концентрации углерода, полученной на поверхности стали на стадии диффузии [16]. Заюш и др. создал модель диффузии углерода при импульсном науглероживании многосплавных сплавов на основе двухскоростного метода. Численные расчеты выполнены для импульсного науглероживания стали 20 при различных циклах форсирования/диффузии. Стадии наддува и диффузии процесса вакуумного науглероживания были оптимизированы с учетом компромисса между экономическими аспектами и функциональными свойствами содержания углерода и его распределения [17].Изучая уникальный метод импульсной цементации вакуумной цементации, они использовали различное программное обеспечение для моделирования. Можно обнаружить, что эффективная модель вакуумного науглероживания может реализовать прогноз процесса вакуумного науглероживания. Tibbets et al. сообщили, что толщина слоя науглероживания и распределение углерода после вакуумного науглероживания зависят от параметров процесса и массопереноса. Последний описывается двумя основными параметрами: коэффициентом массообмена β и коэффициентом диффузии D C [18,19].Коэффициент диффузии и коэффициент переноса являются важными параметрами для управления процессом вакуумного науглероживания при низком давлении. Выбор их математических моделей напрямую определяет точность численного моделирования процесса вакуумной цементации низкого давления [20,21,22]. Рокицкий и др. сформулировали специальные технологические методы, основанные на различных значениях расхода ацетилена. Исследовано влияние потока ацетилена на свойства науглероженного слоя. Было показано, что поток ацетилена необходим для регулирования коэффициентов диффузии и переноса.Расход ацетилена является одним из важнейших параметров, влияющих на однородность свойств науглероженного слоя [23]. Семенов и др. определили параметрические выражения углеродного потенциала и коэффициента массообмена в процессе науглероживания при низком давлении на основе экспериментальных данных по формированию насыщенных углеродных слоев при вакуумном науглероживании. Эти выражения использовались в качестве граничных условий в модели с циклическим науглероживанием. Точность разработанной математической модели подтверждена сравнением результатов расчетов с результатами экспериментов [24].Юнг и др. исследовал связь между коэффициентом диффузии углерода и численными методами измерения при различном содержании углерода и легирующих элементов в стали. Предложена прогнозная модель распределения концентрации углерода с учетом влияния других легирующих элементов. Рассчитано распределение концентрации углерода при ацетиленовом вакуумном науглероживании стали SCM415. Сравнение измеренных и рассчитанных значений показывает хорошее совпадение, что подтвердило модель прогнозирования [25,26,27,28].Каффенбергер и др. обсуждали, как легирующие элементы в стали изменяют коэффициент диффузии и распределение углерода. Была описана модель, основанная на расчетах коэффициента диффузии, связанного со сплавом. Были проведены эксперименты по науглероживанию, чтобы подтвердить прогноз коэффициента диффузии SimCarb. Результаты показали, что коэффициент диффузии углерода в аустените сильно зависит от состава стали. Коэффициент диффузии учитывал не только влияние температуры и концентрации углерода, но и влияние легирующих элементов в стали на скорость диффузии для повышения точности расчета моделирования [29].Текущие исследования в основном сосредоточены на процессе диффузии углерода при различных условиях процесса. Исследований свойств заготовки после науглероживания немного. Необходимо создать полную модель для имитации всего процесса вакуумной науглероживания при низком давлении и газовой закалки под высоким давлением. Целью данной статьи является точное прогнозирование распределения концентрации углерода, преобразования микроструктуры и твердости зубчатой ​​стали во время вакуума. науглероживание с помощью численного моделирования методом конечных элементов.Усовершенствованная многопольная многомасштабная модель «температура-диффузия-преобразование-напряженное поле» была создана и объединена с программным обеспечением для моделирования процесса термообработки COSMAP. Модель применяется для моделирования процесса вакуумного науглероживания стали 20CrMo, и обсуждаются результаты моделирования. Статья организована следующим образом: в разделе 2 описаны многопольная расчетная модель и уравнение регрессии твердости, в разделе 3 представлены экспериментальные материалы и методы, в разделе 4 приведены результаты проверки моделирования и обсуждение, а также выводы. приведены в последнем разделе.

Процесс и методы науглероживания. Четыре метода науглероживания

Науглероживание, по существу, представляет собой добавление углерода на поверхность низкоуглеродистых сталей при соответствующих температурах.

Цементация достигается закалкой высокоуглеродистого поверхностного слоя, обладающего хорошей усталостной и износостойкостью. Этот слой наносится на прочный сердечник из низкоуглеродистой стали. Цементация науглероженных сталей в основном зависит от содержания углерода. Когда содержание углерода в стали превышает определенный процент, дальнейшее добавление углерода не влияет на твердость.Дополнительный углерод на этой стадии не растворяется. Глубина поверхностного упрочнения науглероженной стали зависит от времени науглероживания и интенсивности поверхностного углерода.

Когда время науглероживания увеличивается для увеличения глубины слоя, может образоваться избыточное количество свободных карбидов. Элементы микроструктуры неблагоприятно влияют на распределение остаточных напряжений. Науглероженные стали обычно имеют базовое содержание углерода приблизительно 0,2%, в то время как содержание углерода в науглероженном слое находится в диапазоне 0.8% и 1%. Большинство науглероженных сталей раскисляют добавлением алюминия. Из-за разницы в содержании углерода в сердцевине и оболочке их способность к упрочнению оболочки также различна.

Методы науглероживания

Хотя основной принцип науглероживания не сильно изменился с момента его появления, методы введения углерода совершенствуются. Четыре процесса науглероживания объясняются ниже.

Науглероживание в пакете

Компоненты упаковываются в среде с высоким содержанием углерода, такой как чугунная стружка или угольный порошок.Компоненты нагреваются с образованием монооксида углерода, который является восстановителем. Восстановление происходит на поверхности стали с выделением углерода, диффундирующего в поверхность из-за высоких температур. Благодаря поглощению углерода внутри компонента материалы упрочняются. Поверхностный углерод находится в диапазоне от 0,7% до 1,3% в зависимости от технологической среды. Глубина корпуса составляет примерно от 0,1 до 1,5 миллиметра. Контролировать науглероживание пакета сложно, потому что нельзя поддерживать одинаковые температуры.

Газовое науглероживание

Газовое науглероживание теоретически похоже на пакетное науглероживание, за исключением подачи моноксида углерода в нагретую печь и разложения углерода. В этом процессе устраняются многие проблемы, связанные с науглероживанием набивки. Угарный газ необходимо надежно удерживать. Компоненты заключены в углеродсодержащую среду, которая постоянно пополняется для поддержания высокого содержания углерода. Газовая цементация является одним из наиболее успешных и популярных методов цементации, используемых, когда требуется большое количество деталей.

Вакуумное науглероживание

Процесс вакуумного науглероживания включает науглероживание в бескислородной среде низкого давления. Атмосфера значительно упрощена, хотя ограждение печи сложное. Используется однокомпонентная среда, содержащая несложный газообразный углеводород, такой как метан. Поскольку среда, используемая для нагрева, не содержит кислорода, температура науглероживания может быть значительно повышена без окисления поверхности. Более высокие температуры увеличивают растворимость углерода и скорость диффузии.Таким образом, время, необходимое для заглубления корпуса, сводится к минимуму.

Жидкая цементация

Стальные компоненты погружаются в среду, богатую сжиженным углеродом. Основным компонентом в таких ваннах является цианистый калий. Однако проблемы безопасности привели к созданию нетоксичных ванн, дающих аналогичные результаты. Компоненты удерживаются в расплавленной соли, которая вводит углерод в металл. Углерод рассеивается внутрь, образуя закаленный корпус путем быстрой закалки. Случай, полученный при диффузии углерода, аналогичен случаю, полученному при науглероживании газом.Гильзы, образованные жидкостным науглероживанием, имеют низкое содержание азота и высокое содержание углерода.

Источники

Разработка науглероженной стали для инноваций в процессе производства деталей

Образец цитирования: Иманами Ю., Томита К., Фукуока К. и Нисимура К., «Разработка науглероженной стали для инноваций в процессе производства деталей», SAE Int. J. Двигатели 10(2):413-419, 2017 г., https://doi.org/10.4271/2017-01-0378.
Скачать ссылку

Автор(ы): Юта Иманами, Куниказу Томита, Казуаки Фукуока, Кимихиро Нисимура

Филиал: JFE Steel Corp.

Страницы: 7

Событие: WCX™ 17: Опыт Всемирного конгресса SAE

ISSN: 1946-3936 гг.

Электронный ISSN: 1946-3944 гг.

Также в: Международный журнал двигателей SAE-V126-3EJ, Международный журнал двигателей SAE-V126-3

Процесс вакуумной цементации | Обработка специальной стали

Ноу-хау для закалки стали и железа существует уже много веков, но технологические достижения сделали этот процесс быстрее, чем когда-либо.Благодаря процессу вакуумной науглероживания производители стали и чугуна могут изготавливать оборудование в эффективном темпе без ущерба для качества.

Что такое процесс вакуумной цементации?

Процесс вакуумного науглероживания включает в себя железо, сталь или легированную сталь и насыщение их углеродом, чтобы сделать их более твердыми. Сначала металл помещают в вакуумную печь и нагревают до нужной температуры. Затем в топку подается газ пропан. Под действием тепла пропан распадается на элементы углерод, углеводород и водород.Углерод диффундирует в металл, делая его более твердым.

Каковы результаты?

Науглероженная сталь и железо обладают уникальными преимуществами по сравнению с необработанными металлами, такими как:

Подобно науглероживанию с использованием твердых тел или плазмы, вакуумный метод позволяет операторам определять количество углерода, диффундировавшего в металл, контролируя продолжительность науглероживания. Полученный науглероженный металл сохраняет гибкую сердцевину, но при этом приобретает более прочный внешний вид.

Почему лучше использовать вакуум вместо традиционных методов науглероживания?

Преимущества вакуумной цементации влияют не только на прибыль, но и на окружающую среду.В отличие от науглероживания с использованием твердых веществ или газа, вакуумный процесс не выделяет никаких вредных химических веществ. Этот процесс также быстрее, чем традиционные методы, потому что пропан очень быстро распадается на свои компоненты. Наконец, температура, необходимая для облегчения науглероживания, намного ниже при использовании вакуумной печи. Это может сэкономить как время, так и деньги, поскольку для нагрева требуется меньше энергии, а достижение соответствующей температуры занимает меньше времени.

Кто предлагает эту услугу?

Если вам нужны услуги по вакуумной цементации, Specialty Steel Treating работает с рядом различных отраслей, включая автомобильную, аэрокосмическую и тяжелую технику.Позвоните нам по телефону 586-293-5355 или свяжитесь с нами онлайн, чтобы разместить заказ сегодня.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.