повышения износостойкости стаканов цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания применяют азотирование. Выберите сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав, рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования и укажите твердость поверхностного слоя и механические свойства нижележащих слоев в готовом изделии. (Решение → 17019)

Заказ №38657

6.2. Для повышения износостойкости стаканов цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания применяют азотирование. Выберите сталь, пригодную для азотирования, приведите химический состав, рекомендуйте режим термической обработки и режим азотирования и укажите твердость поверхностного слоя и механические свойства нижележащих слоев в готовом изделии. Сравните: твердость, получаемую при азотировании с получаемой при цементации; температуры, до которых может быть сохранена высокая твердость азотированного и цементованного слоев, при каком из этих процессов меньше деформация детали. Укажите возможный состав и толщину азотированного слоя.

Выберем для азотирования стаканов цилиндров мощных двигателей внутреннего сгорания сталь 38ХМЮА.

Сталь 38ХМЮА по химическому составу относится к легированным сталям, содержит легирующие элементы – в среднем по 1 % хрома, молибдена и алюминия. По содержанию углерода – среднеуглеродистая (в среднем 0,38 % углерода), по качеству – высококачественная (содержание вредных примесей серы и фосфора – менее 0,025 % каждого), по степени раскисления – спокойная, по назначению – конструкционная (машиностроительная).

Данная марка стали применяется для изготовления азотируемых деталей: шестерен, валиков, пальцев, втулок и т.д., работающих при температурах до 450 град.

Для обеспечения минимальной деформации, высокой износоустойчивости и твердости поверхностного слоя копиры из стали 38ХМЮА подвергают улучшению с последующим азотированием.

Улучшение – вид термической обработки, состоящий из закалки с последующим высокотемпературным отпуском.

Закалка для среднеуглеродистых сталей проводится полная с нагревом несколько выше критической температуры Ас3. Нагрев под закалку стали 38ХМЮА следует проводить с учетом ее легирования. Для получения однородного легированного аустенита нагрев проводят до 930-950 оС. Легирующие элементы сдерживают рост аустенитного зерна при нагреве, поэтому формирование крупного зерна в стали 38ХМЮА не происходит.

Легирующие элементы, снижая критическую скорость закалки, увеличивают прокаливаемость стали.

Прокаливаемость – способность стали получать закаленный слой с мартенситной и полумартенситной структурой (50 % мартенсита и 50 % троостита) на ту или иную глубину. Прокаливаемость определяется критической скоростью охлаждения, зависящей от состава стали.

Поэтому при более медленном охлаждении в масле, которое предотвращает возникновение деформаций, образуется структура мартенсита. При охлаждении в воде критический диаметр ≈ 70мм; в масле ≈ 45 мм. Легированные стали рекомендуется при закалке охлаждать в масле.

Исходная структура сплава феррито-перлитная. При нагреве до температур закалки выше критической точки Ас3 происходит образование аустенита, который при охлаждении со скоростью выше критической скорости закалки превращается в мартенсит. Структура стали после закалки: мартенсит, небольшое количество аустенита остаточного.

Мартенсит — основная структурная составляющая закалённой стали; представляет собой упорядоченный пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе такой же концентрации, как у исходного аустенита.

Закаленная сталь имеет высокую твердость и большие внутренние напряжения, образующиеся при закалке. Поэтому после закалки проводят высокий отпуск.

Отпуск – вид термической обработки, который заключается в нагреве закаленной стали ниже критической точки Ас1, выдержке при этих температурах и последующем охлаждении обычно на воздухе.

Температура Ас1 для данной марки стали составляет 800 оС. Температура отпуска должна на 50–100 оС превышать температуру азотирования. Назначаем температуру отпуска 630–650 оС. В процессе выдержки при отпуске протекает распад мартенсита закалки на зернистую среднедисперсную смесь феррита и цементита, называемую сорбитом отпуска.