Исследование втулки сталь 12хн3а

Технологические свойства стали 12ХН3А

Температура критических  точек стали 12ХН3А

Ударная вязкость стали 12ХН3А

Ударная вязкость, KCU, Дж/см2

Закалка 840 С. 

Физические свойства стали 12ХН3А

 

 

3. Диаграмма состояния Fe-FeC. Кривая охлаждения.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Общие сведения. Цементация.

Для цементуемых  изделий применяют низкоуглеродистые (0,1–0,25% С) стали. После цементации, закалки и низкого отпуска этих сталей цементованный слой должен иметь твердость HRС 58–62, а сердцевина HRC 20–40. Сердцевина цементуемых сталей должна иметь высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести, кроме того, она должна быть наследственно мелкозернистой.

Для деталей  ответственного назначения, испытывающих в эксплуатации значительные динамические нагрузки, применяют хромоникелевые и более сложно-легированные стали.

Одновременное легирование хромом и никелем повышает прочность, пластичность и вязкость сердцевины. Никель, кроме, того, повышает прочность и вязкость цементованного слоя.

Хромоникелевые  стали малочувствительны к перегреву  при длительной цементации и не склонны к пересыщению поверхностных слоев углеродом. Большая устойчивость переохлажденного аустенйта в области перлитного и промежуточного превращений обеспечивает высокую прокаливаемость хромоникелевой стали.

Рисунок 2 – Диаграмма  изотермического превращения переохлажденного аустенита для цементуемых стали 12ХН3А в нецементованном (слева) и цементованном (справа) состояниях

 

1  Цементация поверхности заготовок  

1.1 Общие положения

Цементацией (науглероживанием) называется химико-термическая обработка, заключающаяся в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом при нагреве в науглероживающей среде (карбюризаторе). Окончательные свойства цементованных изделий приобретают после закалки и низкого отпуска. Назначение цементации и последующей термической обработки – придать поверхностному слою высокую твердость и износостойкость, повысить предел контактной выносливости и предел выносливости при изгибе при сохранении вязкой сердцевины.

Цементация широко применяется для упрочнения среднеразмерных  зубчатых колес, валов коробки передач автомобилей, отдельных деталей рулевого управления, валов быстроходных станков, шпинделей и многих других деталей машин. На цементацию детали поступают после механической обработки с припуском на грубое и окончательное шлифование 0,05–0,010 мм. Во многих случаях цементации подвергается только часть детали, тогда участки, не подлежащие упрочнению, покрывают тонким слоем малопористой меди (0,02–0,04 мм), которую наносят электролитическим способом, или изолируют специальными обмазками, состоящими из смеси огнеупорной глины, песка и асбеста, замешанных на жидком стекле. Для обеспечения стабильности и качества рекомендуют детали перед цементацией подвергнуть промывке в 3 – 5% содовом растворе.

Процесс газовой  цементации обладает рядом преимуществ по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе:

·  повышается производительность процесса по сравнению с цементацией в твердом карбюризаторе, так как не нужно затрачивать время на упаковку и прогрев ящиков;

·  сокращается потребная производственная площадь и количество рабочей силы, так как отпадает необходимость в упаковке и распаковке деталей, хранении и транспортировке ящиков и карбюризатора;

·  сокращается потребность в жаростойком материале, так как расход его на муфели и приспособления при газовой цементации гораздо меньше, чем на ящики при цементации в твердом карбюризаторе;

·  появляется возможность регулирования процесса для получения цементованного слоя заданной глубины и насыщенности;

·  уменьшается деформация деталей вследствие более равномерного нагрева до рабочей температуры;

·  появляется возможность непосредственной закалки деталей после цементации;

·  применение печей непрерывного действия позволяет полностью механизировать и автоматизировать процесс и установить агрегат для термической обработки в поточной линии механического цеха.

Углеводороды  являются основными науглероживающими  газами, причем главную роль среди  них играет метан. Содержание метана в цементующей среде 1 – 40%. Окись  углерода как науглероживающий компонент в условиях газовой цементации имеет второстепенное значение, хотя содержание ее в газовой фазе может достигать значительной величины (до 30%). Содержание кислорода и двуокиси углерода обычно невелико и в сумме не превышает 2 – 3%; содержание водорода, являющегося обезуглероживающим газом, в цементующей среде может достигать 80%.

Принято различать  полную и эффективную толщину  цементованного слоя (см. рис. 3).

За эффективную  толщину принимают сумму заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны слоя. Эффективная толщина цементованного слоя обычно составляет 0,5–1,8 мм и в исключительных случаях достигает 6 мм при больших контактных нагрузках на цементованную поверхность.

Структура после  цементации получается крупнозернистой  в связи с длительной выдержкой деталей при температуре науглероживания. Длительность изотермической выдержки при цементации зависит от заданной толщины слоя и марки цементируемой стали.

 

Рисунок 3 – Участок диаграммы Fе–FезС. Изменение содержания углерода и структуры по толщине цементованного слоя (схема): t ц – температура цементации; t31 – температура нагрева при первой закалке; t32 – температура нагрева при второй закалке.

 

1.2 Режим цементации  

Температура цементации. Температурный режим цементации слагается из двух, иногда из трех периодов. В первый период происходит нагрев деталей до заданной рабочей температуры. Второй период соответствует выдержке при рабочей температуре процесса, которая за весь период остается неизменной. По окончании выдержки, если осуществляют непосредственную закалку деталей, наступает третий период – подстуживание до температуры закалки.

Главный фактор температурного режима цементации –  рабочая температура процесса. На заводах эту температуру устанавливают  в интервале 900 – 1000 °С. С повышением температуры скорость цементации резко увеличивается. Поэтому ученые и производственники изыскивают возможности повышения температуры процесса. При этом возникают следующие трудности: ухудшение механических свойств металла вследствие роста зерна при высокой температуре и снижение стойкости оборудования и приспособлений. Кроме этого, возможны и другие затруднения, например увеличение деформации деталей под действием высокой температуры.

 

Рисунок 4 – Влияние  температуры на глубину цементационного  слоя

 

На рисунке 4 показано влияние температуры на глубину цементованного слоя при  различной продолжительности процесса.

Детали из стали  12ХН3А после высокотемпературной цементации (930 °С) нужно подвергать закалке с повторного нагрева; в противном случае не будет обеспечена необходимая мелкозернистость.