Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лабораторная работа № 9
Химико – термическая обработка стали
Под химико-термической обработкой понимают по верхностное насыщение стали различными элементами путем диффузии.
Химико-термической обработкой достигается измене ние механических, физических и химических свойств обрабатываемой стали, повышение твердости, износоустойчивости предела усталости, сопротивления корро зии, жаростойкости и др. В настоящее время разрабо таны и внедрены в промышленность следующие виды такой обработки стали: цементация, цианирование, азо тирование, хромирование, алитирование, силицирование, борирование, диффузионное цинкование и лужение.
Цементации, т. е. насыщению поверхностного слон детали углеродом, подвергают разнообразные ответст венные детали: шестерни, валы, кулачки, болты и др.
Насыщение стали углеродом или каким-либо другим элементом при химико-термической обработке происхо дит вследствие диффузии или перемещения атомов (ионов) элемента в железе,
Для цементации применяют углеродистую (не более 0,3% С) и легированную сталь различного состава с низким содержанием углерода.
При температурах процесса (900—950° С) в цемен тационном ящике кислород воздуха реагирует с углеро дом и образует окись углерода СО.
Окись углерода при температурах процесса неустой чива и при контакте с железной поверхностью разла гается по реакции
с образованием атомарного углерода, который раство ряется в -железе.
Если в карбюризатор добавить углекислые соли, то образование окиси углерода, необходимой для цементации, идет более интенсивно. Этот процесс происходит по реакциям
и т.д.
Скорость цементации в твердом карбюризаторе при 930 – 950оС обычно не превышает 0,15 мм/ч.
Глубина цементации деталей машин находится в пределах 0,5 – 2,5 мм. Для мелких деталей она обычно составляет 0,1 – 0,3 мм.
Цель работы – изучение влияния продолжительности выдержки на глубину цементации и твердость стальных образцов.
Методика проведения работы
Работа выполнялась на циллиндрических образцах из низкоуглеродистой стали Ст 3 диаметром 14,5 мм и высотой 30 мм. Цементацию проводили в карбюризаторе, состоящем из древесного угля (85 %) и кальцинированной соды Na2CO3 (15 %). Температура цементации 9200С.
По каждому варианту опыта цементуют два циллиндрических образца. Один образец охлаждают на воздухе в карбюризаторе, второй образец – закаливают в воде. В первом варианте продолжительность выдержки в печи составляет 1 час, во втором варианте – 2 часа.
В один алундовый тигель укладываются два образца (это первый вариант), во второй тигель также укладывают два образца (это второй вариант). Кроме того, в печь помещали 4 аналогичных образца, но без карбюризатора для сравнения твердости в 1-м и 2-м варианте. Твердость определяли по методу Бринелля (см. лабораторную работу № 2). Микроструктура образцов изучалась на металлографическом микроскопе МИМ-8.
Обработка результатов
Цементированный слой имеет переменную концентрацию углерода по толщине, убывающую от поверхности к сердцевине детали. В структуре цементованного слоя можно различить (от поверхности к сердцевине) три зоны (рис. 9.1) заэвтектоидную, состоящую из перлита и вторичного цементита в виде сетки по границам бывшего зерна аустенита; эвтектоидную, состоящую из пластинчатого перлита; доэвтектоидную – из перлита и феррита. Количество феррита в этой зоне непрерывно возрастает.
При цементации оптимальное содержание углерода в поверхностном слое составляет 0,8 … 0,9%. Более высокая концентрация углерода (1,2 … 1,3%) приводит к образованию в поверхностном слое грубой цементитной сетки или цементит выделяется в виде игл, что отрицательно сказывается на механических свойствах цементованного слоя.
На рис. 9.2 приведена структура цементированного слоя после медленного охлаждения.
В таблице 9.1 приведены результаты измерения твердости образцов.
Таблица 9.1 - Результаты измерения твердости образцов в зависимости от режимов упрочнения и охлаждения
|
№ обр. |
Продолжи- тельность выдержки в печи, ч |
Режим упрочнения |
Режим охлаждения |
Твердость поверх- ности образца, НВ |
Твердость сердцевины образца, НВ |
Толщина цементирован- ного слоя, мм |
|
1 |
1 |
в карбюризаторе |
в воде |
500 |
300 |
0,1 |
|
2 |
1 |
в карбюризаторе |
на воздухе |
180 |
110 |
0,1 |
|
3 |
1 |
без карбюризатора |
в воде |
370 |
300 |
нет цементирован- ного слоя |
|
4 |
1 |
без карбюризатора |
на воздухе |
120 |
110 |
нет цементирован- ного слоя |
|
5 |
2 |
в карбюризаторе |
в воде |
590 |
300 |
0,2 |
|
6 |
2 |
в карбюризаторе |
на воздухе |
220 |
110 |
0,2 |
|
7 |
2 |
без карбюризатора |
в воде |
370 |
300 |
нет цементирован- ного слоя |
|
8 |
2 |
без карбюризатора |
на воздухе |
120 |
110 |
нет цементирован- ного слоя |
Рис. 9.2 – Структура цементированного слоя, х600
На рис. 9.3 и 9.4 приведены графические зависимости, полученные по результатам данных, приведенных в табл. 9.1.
Рис. 9.3
Рис. 9.3
Выводы:
Термохимическая обработка (цементирование) образцов из низкоуглеродистой стали Ст 3 приводит к увеличению твердости поверхностного слоя примерно в полтора - два раза.
Охлаждение в воде (закалка) значительно сильнее повышает твердость поверхностного слоя стальных образцов, чем охлаждение на воздухе (отпуск).
Твердость сердцевины образца практически не зависит от продолжительности выдержки в печи и от термохимической обработки (цементирования) и зависит только от режима охлаждения: при закалке твердость выше, чем при отпуске.
Толщина цементированного слоя увеличивается при увеличении времени выдержки в печи и, следовательно, увеличении времени диффузии углерода в глубь образца.