8.4.2.1 Формирование структуры цементованного изделия

Структура диффузионного слоя при температуре цементации состоит обычно из одного аустенита с концентрацией углерода, понижающейся от поверхности к сердцевине. Образование на поверхности слоя цементита не наблюдается, так как содержание углерода не превосходит предела его растворимости в аустените (линия SЕ, рис. 8.11).

При медленном охлаждении от температуры цементации происходит распад аустенита с образованием структур, соответствующих содержанию углерода на данном участке цементованного изделия. Поэтому в микроструктуре цементованного слоя различают 3 зоны, показанные на рис. 8.11, в:

1 - заэвтектоидная зона - с содержанием углерода более 0,8-0,9%, имеет структуру перлита и вторичного цементита (светлая сетка);

2 - эвтектоидная зона со структурой одного перлита, со­держание углерода около 0,8%;

3 - доэвтектоидная зона, содержащая углерода менее 0,7--0,6%. Ее структура состоит из перлита и феррита, причем количество феррита непрерывно возрастает по мере приближения к сердцевине и плавно переходит в структуру сердцевины с исходным низким содержанием углерода.

Е К С,% HRC

А+Ц П+Ц

С_MAX 60

1.1 50

40

30

S 0.8 20

10

0.5

А+Ф Ф+П

G P

1100 900 700 Т,°С 0 1 мм

а б

в

Рисунок 8.11 - Содержание углерода (а, б), микроструктура (в) после медленного охлаждения и твердость (б) после закалки по глубине цементованного слоя.

Так как четко разграничить доэвтектоидную зону и сердцевину по микроструктуре затруднительно, обычно определяют не полную глубину цементованного слоя, а так называемую техническую глубину (рис. 8.11,в).

За техническую глубину цементованного слоя принимают сумму толщин заэвтектоидной, эвтектоидной и половины доэвтектоидной зоны (50% перлита и 50% феррита).

8.4.2.2 Термическая обработка после цементации

Окончательные свойства цементованных изделий достигаются в результате термической обработки после цементации, целью которой является: получение наиболее высокой твердости цементованного слоя; измельчение зерна сердцевины и цементованного слоя, неизбежно перегреваемых в процессе продолжительной выдержки при высокой температуре цементации; устранение карбидной сетки, которая может образоваться при медленном охлаждения и пересыщении слоя углеродом.

Поскольку готовые цементованные детали должны иметь высокую твердость, термообработка после цементации состоит в закалке и низком отпуске. Закалка сопряжена с определенными трудностями, связанные с тем, что высокоуглеродистая поверхность и низкоуглеродистая сердцевина требуют различных температур нагрева под закалку соответственно на 20 - 30°С выше А_С1 и выше А_С3.

Чаще всего при термообработке цементованных изделий применяется непосредственная закалка (с цементационного нагрева), закалка со специального нагрева (одинарная закалка) или двойная закалка.

Непосредственная закалка (рис. 8.12, а) выполняется с цементационного нагрева с предварительным подстуживанием до 780 – 840 °С в зависимости от марки стали. Этот вид закалки является наиболее простым и экономичным, так как исключается повторный нагрев под закалку. Кроме этого, меньше короб­ление изделий, меньше окисление и обезуглероживание, облегчается механизация и автоматизация процесса, а также совмещается операция (цементация, непосредственная закалка, мойка, отпуск) в одном агрегате.

Непосредственная закалка широко применяется при газовой цементации деталей из наследственно мелкозернистых сталей 18ХГТ, 25ХГТ и других. Вследствие того, что в таких сталях роста зерна аустенита при цементации не происходит, перекристаллизация не требуется, и качество деталей после закалки с цементационного нагрева получается высоким. Это позволяет использовать непосредственную закалку при термообработке ответственных деталей, например, шестерен коробки перемены передач тракторов и автомобилей.

Если же детали изготовлены по разным причинам из сталей не являющихся наследственно мелкозернистыми, при цементации зерно аустенита получается больших размеров, что дает после непосредственной закалки крупноигольчатый мартенсит с большим количеством остаточного аустенита на поверхности и грубо крупнозернистую структуру в сердцевине. Непосредственная закалка в таких случаях применяется лишь для неответственных деталей, от которых требуется только поверхностная твердость, а остальные механические свойства не имеют большого значения.

Одинарная закалка (рис. 8.12, б) производятся от температуры 840 - 870 °С, находящейся между температурами А_С1 и А_С3. Она обеспечивает достаточно хорошее качество изделий и широко применяется в термических цехах.

Если детали изготовлены из хромоникелевых сталей 20ХНЗА, 18Х2Н4ВА и других, то даже при медленном охлаждении после цементации в них сохраняется большое количество остаточного аустенита. Для его распада рекомендуется перед закалкой проводить высокий отпуск при температуре 600 - 650 ⁰С.

Цементация

Подстуживание

Отпуск 180-200°С

Обработка холодом

Цементация

А_С1+(30-50)°С

Отпуск 180-200 °С

Цементация

А_С3+(30-50)°С

А_С1+(30-50)°С