11.5 Контрольные вопросы

1. Какие виды чугуна вам известны?

2. Что такое отжиг?

3. Перечислите виды отжига.

4. С какой целью назначается отжиг для деталей, отлитых из чугуна?

5. Что такое закалка? Назначение процесса.

6. Назначение отпуска после закалки.

7. Что такое изотермический отжиг? Достоинства этого вида отжига.

Лабораторная работа № 12 микроструктура и свойства сталей после химико-термической обработки

Цель работы: изучить микроструктуру и твердость стали после диффузионного насыщения углеродом, азотом.

12.1 Теоретические сведения

12.1.1 Цементация

Цементация – это диффузионное насыщение поверхности детали углеродом с целью повышения твердости, износостойкости, контактной прочности, усталостной прочности.

Этот процесс проводится при температурах выше точки А_С3 (930 – 950 ^оС), когда аустенит устойчив и растворяет углерод в больших количествах. В качестве карбюризатора применяются природный газ, керосин, пиробензол, древесный уголь и другие богатые углеродом вещества. Детали изготавливают из качественных низкоуглеродистых (£ 0,25 % С) или низкоуглеродистых легированных сталей, которые не закаливаются, чтобы сердцевина оставалась вязкой.

Время выдержки зависит от того, какой глубины слой необходимо получить. В обычных камерных или шахтных печах образуется за один час приблизительно 0,1 мм слоя.

Оптимальное содержание углерода на поверхности после процесса – 0,8–1,0 % во избежание хрупкости из-за цементита вторичного.

Диаграмма «Fe – Fe₃C» и график изменения твердости по глубине (после закалки) представлены на рисунке 12.1.

Рисунок 12.1 – Зависимость твердости от содержания углерода

по глубине цементованного слоя

Закалка назначается неполная, и затем – низкий отпуск. В легированных сталях сердцевина частично подкаливается, но HRС ее в два раза ниже по сравнению с поверхностью.

12.1.2 Азотирование

Азотирование заключается в насыщении поверхности деталей азотом в среде диссоциированного аммиака при температурах от 500 до 1200 ^оС. Чаще применяют низкотемпературное азотирование, так как при этом меньше вероятность деформации. В результате азотирования сталь приобретает на поверхности высокую твердость, не изменяющуюся при нагреве до 450 ^оС, низкую склонность к задирам, износостойкость и коррозионную стойкость. Азотировать можно любые стали и многие сплавы.

Первоначально при небольших выдержках на поверхности образуется азотистый феррит (a-фаза с 0,11 % N) и повышается только коррозионная стойкость; при азотировании легированных сталей образуется a-фаза, g-фаза – твердый раствор на основе нитрида Fe и N, e-фаза – твердый раствор азота в нитриде Fe₂N с ромбической решеткой и HV = 11000 - 12000 МПа при выдержке 30 – 36 часов на поверхности – сплошной слой нитридов.

Обычно азотируют среднеуглеродистые легированные стали (38ХМЮА, 40ХНМ и др.). Детали перед этим подвергают улуч-шению.

Диаграмма состояния «Fe – N» и изменение содержания азота по толщине слоя показаны на рисунке 12.2.

Рисунок 12.2 – Диаграмма «Fe – N»

и распределение азота по толщине слоя